SVPWM-3L扇區(qū)分配及作用時(shí)間

1、SVPWM算法是以合成電壓矢量在XYZ平面三軸坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的，其將平面坐標(biāo)系的360劃分為6個(gè)扇區(qū)，然后對(duì)于兩電平而言，因?yàn)槠淞恐挥蠻d/2和- Ud/2，三相上下開關(guān)管的開關(guān)組合也只有23種，除去000、111這兩個(gè)零電壓矢量，還有6個(gè)大小為Ud的大電壓矢量；而對(duì)于三電平，因?yàn)槠淞坑蠻d/2、0和- Ud/2，三相上下開關(guān)管的開關(guān)組合就有33種，除去000、111、-1-1-1這三個(gè)零電壓矢量，還有24個(gè)大小分別為2*Ud/3、sqrt(3)*Ud/3、Ud/3的矢量，其中2*Ud/3大矢量（PNN、PPN、NPN、NPP、NNP、PNP）有六個(gè)，分別在A、B、C正反向坐標(biāo)軸上，sqr

2、t(3)*Ud/3中矢量（PON、OPN、NPO、NOP、ONP、PNO）有六個(gè)，分別在相鄰兩個(gè)大矢量連接線的中點(diǎn)上，Ud/3小矢量（POO-ONN、PPO-OON、OPO-NON、OPP-NOO、OOP-NNO、POP-ONO）有12個(gè)，兩兩重疊在A、B、C正反坐標(biāo)軸上。PNO的含義，以A相為例，見下圖一：圖一可以得出下表一：表一S1S2S3S4A相開關(guān)狀態(tài)值1100P0110O0011N因?yàn)殚_關(guān)狀態(tài)除去零電壓矢量外還有24種，其扇區(qū)在兩電平的6大扇區(qū)的基礎(chǔ)上，在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)根據(jù)電壓矢量大小隔成4個(gè)小區(qū)間。圖二（2對(duì)應(yīng)P；1對(duì)應(yīng)O；0對(duì)應(yīng)N）以第一扇區(qū)為例，在這個(gè)扇區(qū)里的分區(qū)情況見下圖三：圖三

3、A區(qū)由V0、V1、V2合成；B區(qū)由V1、V7、V8合成；C區(qū)由V1、V2、V8合成；D區(qū)由V2、V8、V9合成。圖三同下圖四：圖四根據(jù)伏秒平衡公式，可以得到在角時(shí)各小區(qū)的作用時(shí)間如下圖五：圖五在圖五的基礎(chǔ)上，參照筆記上記載的各小區(qū)作用時(shí)間計(jì)算推導(dǎo)，建立在各個(gè)大扇區(qū)下各小扇區(qū)的作用時(shí)間表如下圖（所有的時(shí)間以下圖為準(zhǔn)，并且k為上圖的調(diào)制比m，且）：則可以建立表二為：表二電壓矢量123456ABCDABCDABCDABCDABCDABCDV0111111V1111111V2111111V3111111V4111111V5111111V6111111V711V8111V911V10111V1111V1

4、2111V1311V14111V1511V16111V1711V18111因?yàn)?4個(gè)矢量中包含6個(gè)大矢量、6個(gè)中矢量、12個(gè)成對(duì)的小矢量，其電壓矢量由18個(gè)。結(jié)合表一，對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)如表三所示：表三SaSbSc電壓矢量合成矢量大小ABC開關(guān)管值1000V00OOO2111V00PPP3-1-1-1V00NNN4100V1Ud/3POO5110V2Ud/3PPO6010V3Ud/3OPO7011V4Ud/3OPP8001V5Ud/3OOP9101V6Ud/3POP100-1-1V1Ud/3ONN1100-1V2Ud/3OON12-10-1V3Ud/3NON13-100V4Ud/3NOO14-1-

5、10V5Ud/3NNO150-10V6Ud/3ONO161-1-1V72*Ud/3PNN1710-1V8sqrt(3)*Ud/3PON1811-1V92*Ud/3PPN1901-1V10sqrt(3)*Ud/3OPN20-11-1V112*Ud/3NPN21-110V12sqrt(3)*Ud/3NPO22-111V132*Ud/3NPP23-101V14sqrt(3)*Ud/3NOP24-1-11V152*Ud/3NNP250-11V16sqrt(3)*Ud/3ONP261-11V172*Ud/3PNP271-10V18sqrt(3)*Ud/3PNO由表二和表三可以知道，確定了電壓合成矢量是在

6、哪個(gè)分區(qū)內(nèi)，那么其相應(yīng)的合成電壓矢量組就可以確定，然后由電壓矢量組可以確定各相開關(guān)管的開關(guān)序列。在三電平的SVPWM中，對(duì)于中點(diǎn)電位的控制也是重點(diǎn)，1 選擇PNN來(lái)分析大矢量情況下的中點(diǎn)：由圖可知，大矢量對(duì)中點(diǎn)電壓無(wú)影響。2選擇PON來(lái)分析中矢量情況下的中點(diǎn)：中點(diǎn)電流iO等于B相負(fù)載電流，iO為正，C1充電，C2放電，中點(diǎn)電位下降；iO為負(fù)，C1放電，C2充電，中點(diǎn)電位上升。中矢量對(duì)中點(diǎn)電壓的影響取決于狀態(tài)為O的那相負(fù)載的電流流向，與P和N無(wú)關(guān)。3選擇POO和ONN來(lái)分析小矢量情況下的中點(diǎn)：左圖為ONN，右圖為POOONN中點(diǎn)電流iO等于A相負(fù)載電流，iO為正，C1充電，C2放電，中點(diǎn)電位下降

7、；iO為負(fù)，C1放電，C2充電，中點(diǎn)電位上升。POO中點(diǎn)電流iO等于A相負(fù)載電流的反向，iO為正，C1充電，C2放電，中點(diǎn)電位下降；iO為負(fù)，C1放電，C2充電，中點(diǎn)電位上升。4零矢量時(shí)由圖可知，零矢量對(duì)中點(diǎn)電壓也無(wú)影響。由上可得小矢量與中點(diǎn)電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：表四矢量名中點(diǎn)電流iOiO為正時(shí)中點(diǎn)電壓變化對(duì)應(yīng)矢量正小矢量POO-iaV1OPO-ibV3OOP-icV5OPPiaV4POPibV6PPOicV2負(fù)小矢量ONNiaV1NONibV3NNOicV5NOO-iaV4ONO-ibV6OON-icV2對(duì)中點(diǎn)電位的偏移主要有硬件法（采用均壓電路等箝位電容的中點(diǎn)電位）和軟件法（采集中點(diǎn)電壓值和三

8、相相電流，通過(guò)小矢量的冗余矢量注：三電平共有27種合成電矢量，3個(gè)0矢量、6個(gè)大矢量、6個(gè)中矢量、12個(gè)小矢量。12個(gè)小矢量?jī)蓛梢粚?duì)，對(duì)應(yīng)相同的三相線電壓。將這個(gè)12個(gè)小矢量的6個(gè)稱為基本小矢量，那么其余的6個(gè)小矢量就稱為冗余矢量來(lái)抑制中點(diǎn)偏移）兩種。將6大扇區(qū)，24個(gè)小扇區(qū)按內(nèi)三角（D1、D5、D9、D13、D17、D21）、中三角（D3、D7、D11、D15、D19、D23）、外三角（D2、D4、D6、D8、D10、D12、D14、D16、D18、D20、D22、D24）劃分，可以建立表五（此表同表二）：表五內(nèi)三角TaTbTcTaTaTcTbTaTaTcTbTaTaTbTcTaD1OOOP

9、OOPPOPPPPPPPPOPOOOOOOOOOONONNNNNNNNONNOONOOOD5OOOOPOPPOPPPPPPPPOOPOOOOOOOOONNONNNNNNNNONOONOOOD9OOOOPOOPPPPPPPPOPPOPOOOOOOONOONONNNNNNNNONNOOOOOD13OOOOOPOPPPPPPPPOPPOOPOOOOOONOONNONNNNNNNNONOOOOOD17OOOOOPPOPPPPPPPPOPOOPOOOOOOONOOONNNNNNNOONONOOOOD21OOOPOOPOPPPPPPPPOPPOOOOOOOOONOONNNNNNNNONNONOOOOTs/

10、2Ts/2Ts/2Ts/2中三角D2D3D3自身轉(zhuǎn)換時(shí)TaTbTcTcTaTbTaTbTcTaTbTbTaTcTbTaD3ONNOONPONPONPOOPPOPPOPOOPONOONONNONNOONPONPOOPPOD7PPOOPOOPNOPNOONNONNONOONOPNOPOPPOPPOOPOOPNOONNOND11NONNOONPONPOOPOOPPOPOOPONPONOONONNONNOONPOOPOOPOD15OPPOOPNOPNOPNOONNONNONOONOPOOPOPPOPPOOPNOPNOONNOD19NNOONOONPONPOOPPOPPOPOOPONPONONNONNO

11、ONOONPOOPPOPD23POPPOOPNOPNOONOONNONNONOPNOPOOPOPPOPPOOPNOONOONNTs/2Ts/2Ts/2Ts/2外三角TaTbTcTaTaTcTbTaD2ONNPNNPONPOOPOOPONPNNONND4PPOPPNPONOONOONPONPPNPPOD6PPOPPNOPNOONOONOPNPPNPPOD8NONNPNOPNOPOOPOOPNNPNNOND10NONNPNNPOOPOOPONPONPNNOND12OPPNPPNPONOONOONPONPPOPPD14OPPNPPNOPNOONOONOPNPPOPPD16NNONNPNOPOOPOO

12、PNOPNNPNNOD18NNONNPONPOOPOOPONPNNPNNOD20POPPNPONPONOONOONPPNPPOPD22POPPNPPNOONOONOPNOPNPPOPD24ONNPNNPNOPOOPOOPNOPNNONNTs/2Ts/2注：Ts/2為一個(gè)載波周期，每個(gè)PWM調(diào)制周期含有兩個(gè)載波周期其中24個(gè)扇區(qū)與大扇區(qū)和小扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如小表六所示。表六D大扇區(qū)-小扇區(qū)D大扇區(qū)-小扇區(qū)D1A-A1D13D-A1D2A-A2D14D-A2D3A-A3D15D-A3D4A-A4D16D-A4D5B-A1D17E-A1D6B-A2D18E-A2D7B-A3D19E-A3D8B-A4D

13、20E-A4D9C-A1D21F-A1D10C-A2D22F-A2D11C-A3D23F-A3D12C-A4D24F-A4從FPGA實(shí)現(xiàn)三電平的SVPWM控制的角度出發(fā)，簡(jiǎn)單而言，只需要設(shè)定12個(gè)脈沖控制引腳（1/0）注：這些引腳以s1s2s3s4（A）s5s6s7s8（B）s9s10s11s12（C）的順序安排，即s1s2對(duì)應(yīng)模塊IGBT1、s3s4對(duì)應(yīng)模塊IGBT2；s5s6對(duì)應(yīng)模塊IGBT3、s7s8對(duì)應(yīng)模塊IGBT4；s9s10對(duì)應(yīng)模塊IGBT5、s11s12對(duì)應(yīng)模塊IGBT6。IGBT1和IGBT2組成A相，IGBT1的P連接P，IGBT2的N連接N；IGBT3和IGBT4組成B相，

14、IGBT3的P連接P，IGBT4的N連接N；IGBT5和IGBT6組成C相，IGBT5的P連接P，IGBT6的N連接N。其中，s1/s3互補(bǔ)；s2/s4互補(bǔ)；s5/s7互補(bǔ)；s6/s8互補(bǔ)；s9/s11互補(bǔ)；s10/s12互補(bǔ)，由表五在確定好工作區(qū)間后，然后依據(jù)表五的時(shí)序來(lái)控制這12個(gè)脈沖控制引腳即可。對(duì)于扇區(qū)判斷，首先設(shè)定：和、根據(jù)下表七來(lái)確定合成電壓矢量是在那個(gè)大扇區(qū)里面，表七N123456扇區(qū)261435結(jié)合下圖：和然后設(shè)定：其中的A1、A2、A3、A4為各扇區(qū)的四個(gè)小區(qū)（其位置見圖四）。確定好合成電壓矢量所處的扇區(qū)后，結(jié)合表五、表六來(lái)確定在這個(gè)小扇區(qū)內(nèi)ABC三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，然后結(jié)合

15、圖五來(lái)確定各開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間。FPGA要具有AD采樣、數(shù)值運(yùn)算、過(guò)流保護(hù)、脈沖生成三個(gè)基本功能。簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：1 采樣ABC電壓2 生成坐標(biāo)系下電壓3 根據(jù)這個(gè)電壓、鎖相環(huán)的相位信息、公式來(lái)確定分區(qū)（第幾扇區(qū)的第幾小區(qū)）4 按對(duì)應(yīng)的表格輸出對(duì)應(yīng)時(shí)間/占空比的脈沖組合附件：1 大扇區(qū)判斷2 小區(qū)域判斷（以第1扇區(qū)為例）3 開關(guān)順序表4 作用時(shí)間/占空比表由上圖，設(shè)定Ts為1時(shí)，T1、T2、T3即為占空比。設(shè)定其中，則各小區(qū)內(nèi)各作用矢量對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間/占空比表可以改成（其中，I、III、V扇區(qū)的時(shí)間和II、IV、VI扇區(qū)的時(shí)間分別相同）：I1I2I3I4I5I6TaTbTcII1II2II3II4I

16、I5II6TaTbTcIII1III2III3III4III5III6TaTbTcIV1IV2IV3IV4IV5IV6TaTbTcV1V2V3V4V5V6TaTbTcVI1VI2VI3VI4VI5VI6TaTbTc另外構(gòu)建各小區(qū)內(nèi)的作用矢量序列/三相開關(guān)狀態(tài)序列為（以Ts為1）：I1I2I3I4I5I6矢量順序V1-V2-V0-V1-V1-V0-V2-V1V2-V0-V1-V2-V2-V1-V0-V2V1-V2-V8-V1-V1-V8-V2-V1V2-V8-V1-V2-V2-V1-V8-V2V1-V7-V8-V1-V1-V8-V7-V1V2-V8-V9-V2-V2-V9-V8-V2開關(guān)狀態(tài)順序

17、ONN-OON-OOO-POO-POO-OOO-OON-ONNOON-OOO-POO-PPO-PPO-POO-OOO-OONONN-OON-PON-POO-POO-PON-OON-ONNOON-PON-POO-PPO-PPO-POO-PON-OONONN-PNN-PON-POO-POO-PON-PNN-ONNOON-PON-PPN-PPO-PPO-PPN-PON-OON作用矢量-作用時(shí)間安排V0-Ta V1-TbV2-TcV0-Ta V1-TbV2-TcV1-Ta V2-TbV8-TcV1-Ta V2-TbV8-TcV1-Ta V7-TbV8-TcV2-Ta V9-TbV8-TcII1II2I

18、I3II4II5II6矢量順序V2-V0-V3-V2-V2-V3-V0-V2V3-V2-V0-V3-V3-V0-V2-V3V2-V10-V3-V2-V2-V3-V10-V2V3-V2-V10-V3-V3-V10-V2-V3V2-V10-V9-V2-V2-V9-V10-V1V3-V11-V10-V3-V3-V10-V11-V3開關(guān)狀態(tài)順序OON-OOO-OPO-PPO-PPO-OPO-OOO-OONNON-OON-OOO-OPO-OPO-OOO-OON-NONOON-OPN-OPO-PPO-PPO-OPO-OPN-OONNON-OON-OPN-OPO-OPO-OPN-OON-NONOON-OPN

19、-PPN-PPO-PPO-PPN-OPN-OONNON-NPN-OPN-OPO-OPO-OPN-NPN-NON作用矢量-作用時(shí)間安排V0-Ta V3-TbV2-TcV0-Ta V3-TbV2-TcV2-Ta V3-TbV10-TcV2-Ta V3-TbV10-TcV2-Ta V9-TbV10-TcV3-Ta V11-TbV10-TcIII1III2III3III4III5III6矢量順序V3-V4-V0-V3-V3-V0-V4-V3V4-V0-V3-V4-V4-V3-V0-V4V3-V4-V12-V3-V3-V12-V4-V3V4-V12-V3-V4-V4-V3-V12-V4V3-V11-V1

20、2-V3-V3-V12-V11-V3V4-V12-V13-V4-V4-V13-V12-V4開關(guān)狀態(tài)順序NON-NOO-OOO-OPO-OPO-OOO-NOO-NONNOO-OOO-OPO-OPP-OPP-OPO-OOO-NOONON-NOO-NPO-OPO-OPO-NPO-NOO-NONNOO-NPO-OPO-OPP-OPP-OPO-NPO-NOONON-NPN-NPO-OPO-OPO-NPO-NPN-NONNOO-NPO-NPP-OPP-OPP-NPP-NPO-NOO作用矢量-作用時(shí)間安排V0-Ta V3-TbV4-TcV0-Ta V3-TbV4-TcV3-Ta V4-TbV12-TcV3-

21、Ta V4-TbV12-TcV3-Ta V11-TbV12-TcV4-Ta V13-TbV12-TcIV1IV2IV3IV4IV5IV6矢量順序V4-V0-V5-V4-V4-V5-V0-V4V5-V4-V0-V5-V5-V0-V4-V5V4-V14-V5-V4-V4-V5-V14-V4V5-V4-V14-V5-V5-V14-V4-V5V4-V14-V13-V4-V4-V13-V14-V4V5-V15-V14-V5-V5-V14-V15-V5開關(guān)狀態(tài)順序NOO-OOO-OOP-OPP-OPP-OOP-OOO-NOONNO-NOO-OOO-OOP-OOP-OOO-NOO-NNONOO-NOP-OO

22、P-OPP-OPP-OOP-NOP-NOONNO-NOO-NOP-OOP-OOP-NOP-NOO-NNONOO-NOP-NPP-OPP-OPP-NPP-NOP-NOONNO-NNP-NOP-OOP-OOP-NOP-NNP-NNO作用矢量-作用時(shí)間安排V0-Ta V5-TbV4-TcV0-Ta V5-TbV4-TcV4-Ta V5-TbV14-TcV4-Ta V5-TbV14-TcV4-Ta V13-TbV14-TcV5-Ta V15-TbV14-TcV1V2V3V4V5V6矢量順序V5-V6-V0-V5-V5-V0-V6-V5V6-V0-V5-V6-V6-V5-V0-V6V5-V6-V16-V5-V5-V16-V6-V5V6-V16-V5-V6-V6-V5-V16-V6V5-V15-V16-V5-V5-V16-V15-V5V6-V16-V17-V6-V6-V17-V16-V6開關(guān)狀態(tài)順序NNO-ONO-OOO-OOP-OOP-OOO-ON