空間矢量調(diào)制

1、空間矢量調(diào)制眾所周之，感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速采用SPWM 要求獲得的正弦的三相電壓波形，雖然定子三相繞組電壓按照等面積法則滿足正弦對(duì)稱條件，但是由于逆變器電壓實(shí)際上仍然是脈沖電壓，三相繞組中電流的諧波分量多，而且最主要的不足是電源的利用率較低，大約等于86%。從電機(jī)學(xué)的原理來(lái)看，感應(yīng)電機(jī)需要輸入三相正弦電壓的最終目的是在空間產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩?？臻g矢量調(diào)制技術(shù)在電壓源逆變器供電的情況下，以三相對(duì)稱正弦電壓產(chǎn)生的圓形磁鏈為基準(zhǔn)，通過(guò)逆變器開關(guān)狀態(tài)的選擇產(chǎn)生PWM 波形，使得實(shí)際磁鏈逼近圓形磁鏈軌跡，而且可以較好地改善電源的利用率。對(duì)于逆變器來(lái)說(shuō)，功率器件的開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)是有限的，

2、因此根據(jù)功率器件導(dǎo)通狀態(tài)確定的空間矢量位置也時(shí)有限的。空間矢量調(diào)制就是根據(jù)確定位置的有限個(gè)空間矢量組合作用來(lái)產(chǎn)生滿足任意位置和一定幅值范圍需要的空間矢量的過(guò)程。也就是，在整個(gè)PWM 周期內(nèi)改變各相導(dǎo)通時(shí)間的分配來(lái)形成所需的任意空間矢量?？臻g矢量調(diào)制有三類：電壓空間矢量調(diào)制、磁鏈空間矢量調(diào)制、電流空間矢量調(diào)制。常用的電壓空間矢量調(diào)制（SVPWM). SVPWM的基本原理圖 繪出了三相PWM逆變器供電給異步電機(jī)的原理圖，為使電機(jī)對(duì)稱工作，必須三相同時(shí)供電。a,b,c 分別代表3 個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)，規(guī)定：上橋臂器件導(dǎo)通用“1”表示，下橋臂器件導(dǎo)通用“0”表示，并依UVW 相序依次排列?？梢酝茖?dǎo)出，三

3、相逆變器輸出的相電壓矢量UuUvUwT與開關(guān)狀態(tài)矢量abcT的關(guān)系為： UuUvUw = UDC3 2-1-1-12-1-1-12 abc式中UDC是直流電源電壓。將式（1-17）代入電壓空間矢量公式：得到相應(yīng)逆變器工作模式與輸出電壓的關(guān)系，如表1-1Uout=23Uu + Uv ej23 +Uw ej43得到相應(yīng)逆變器工作模式與輸出電壓的關(guān)系，如表1-1cbaUaUbUc矢量空間表達(dá)式00000000012UDC3UDC3UDC323UDCej0011UDC3UDC32UDC323UDCej3010UDC32UDC3UDC323UDCej231102UDC3UDC3UDC323UDCej31

4、00UDC3UDC32UDC323UDCej43101UDC32UDC3UDC323UDCej531110000由表1-1 的計(jì)算結(jié)果，得到如圖1-6 所示的8個(gè)基本空間電壓矢量，其中6中空間電壓矢量幅值相等，都等于2UDC3，相位角互差3 ，分別記作U0,U60,U120,U180,U240,U300,而零電壓矢量記作0000，0111。當(dāng)逆變器單獨(dú)輸出基本電壓空間矢量U0時(shí)，電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈?zhǔn)噶縴 的始端從A 到B 沿平行于U0的方向移動(dòng)，如圖1-4 所示。當(dāng)移動(dòng)到B 點(diǎn)時(shí)，如果改變基本電壓空間矢量為U60輸出，則定子磁鏈?zhǔn)噶縴 的始端也相應(yīng)改為從B 到C的移動(dòng)。這樣下去，當(dāng)全部六個(gè)非零基

5、本電壓空間矢量分別依次單獨(dú)輸出后，定子磁鏈?zhǔn)噶縴 始端的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)正六邊形，如圖1-7 所示。顯然，按照這樣的供電方式只能形成正六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而不是我們希望的圓形磁場(chǎng)。所以我們就要讓正六邊形變成正N 邊形，而N的次數(shù)越大，就越接近于圓。這樣就需要有更多的逆變器開關(guān)狀態(tài)。其中一種方法就是利用六個(gè)非零的基本電壓空間矢量的線形時(shí)間組合來(lái)得到更多的開關(guān)狀態(tài)。在圖1-8 中，Ux+60和Ux代表相鄰的兩個(gè)基本電壓空間矢量；Uout是輸出的參考相電壓矢量，其幅值代表相電壓的幅值，其旋轉(zhuǎn)角速度就是輸出正弦電壓的角頻率。Uout可由Ux和Ux+60線形時(shí)間組合來(lái)合成，它等于t1Tpwm倍的Ux與t2T

6、pwm的Ux+60的矢量和。其中t1和t2 分別是Ux和Ux+60作用的時(shí)間；TPWM是總的時(shí)間段，但t1與t2不一定等于Tpwm一般來(lái)說(shuō)，在Tpwm中還應(yīng)當(dāng)包含有零矢量的作用時(shí)間t0、t7,通過(guò)t0、t7可以控制調(diào)制比，從而控制合成矢量的幅值。得到：按照這種方式，在下一個(gè)Tpwm期間，仍然用Ux+60和Ux的線形時(shí)間組合，但作用的時(shí)間t1'和t2'與上一次不同，它們必須保證所合成的新的電壓空間矢量Uout'與原來(lái)的電壓空間矢量Uout的幅值相等。如此下去，在每一個(gè)Tpwm間，都改變相鄰基本矢量的作用時(shí)間，并保證所合成的電壓空間矢量的幅值都相等，因此，當(dāng)Tpwm足夠小時(shí)，電壓空間矢量的軌跡是一個(gè)近似圓形的正多邊形。根據(jù)圖1-8中各矢量在直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸上的投影可以得到：UoutTpwmcos=tiUx+t2Ux+60cos3Ux+60t2sin3=UoutTpwmsin 由此，又可以得到:Ux+60=Ux=UDCUout=32UDCMt1=MTpwmsin3-t2=MTpwmsin式中，Tpwm可以事先選定；Uout可由U/F 曲線確定；可由輸出正弦電壓角頻率w和nTpwm的乘積確定,M為調(diào)制比。因此，當(dāng)已知兩相鄰的基本空間矢量Ux+60和Ux后，就可以確定t1和t2。