三相SVPWM逆變電路MATLAB仿真

1、012基于電壓空間矢量控制的三相逆變器的研究1、SVPWM逆變電路的基本原理及控制算法圖1.1中所示的三相逆變器有6個開關(guān)，其中每個橋臂上的開關(guān)工作在互補狀態(tài)，三相橋臂的上下開關(guān)模式得到八個電壓矢量，包括6個非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)和兩個零矢量(000)、(111).012012圖1.-1三相橋式電壓型有源逆變器拓撲結(jié)構(gòu)在平面上繪出不同的開關(guān)狀態(tài)對應的電壓矢量，如圖1.2所示。由于逆變器能夠產(chǎn)生的電壓矢量只有8個，對與任意給定的參考電壓矢量，都可以運用這8個已知的參考電壓矢量來控制逆變器開關(guān)來合成。U2(010)IUsv3U6(110)U3

2、(011)U0(000)世7(111)UeIIIUsv1uaIIU40)Usv2012012U1(001)U5(101)圖1.2空間電壓矢量分區(qū)圖1.2中，當參考電壓矢量在1扇區(qū)時，用1扇區(qū)對應的三個空間矢量U、U、Usv1sv2sv3來等效參考電壓矢量。若1.2合成矢量U所處扇區(qū)N的判斷ref三相坐標變換到兩相a坐標：(1.1)根據(jù)u、u的正負及大小關(guān)系就很容易判斷參考電壓矢量所處的扇區(qū)位P置。如表1.1所示。表1.1參考電壓矢量扇區(qū)位置的判斷條件判斷條件up0up袒uauau一袒upvaup冉uau,0au0au,0au0,那么A=l,否則A=0p如果3u一u0,那么B=1,否則B=0ap

3、如果一3u一u0,那么C=l,否則C=0ap1.3每個扇區(qū)中基本矢量作用時間的計算在確定參考電壓矢量的扇區(qū)位置后，根據(jù)伏秒特性等效原理，采用該扇區(qū)三個頂點所對應的三個電壓空間矢量來逼近參考電壓矢量。以參考電壓矢量位于3扇區(qū)為例，)3T3u-usrefarefPV根據(jù)伏秒特性等效原理算出T=1（12T=u2refPVdcT=T一T一Tdc3Ts1.3)開關(guān)周期T與TT未必相等，其間隙時間可用零矢量U或U來填補。s1270引入通用變量X,Y,Zdc3T2V3U1.4)dc3TTV3UUpUapdc根據(jù)前面確定的扇區(qū)標號N,可得到空間矢量所處的扇區(qū)與兩個邊界矢量T、T作用時間的關(guān)系，如表1.2所示1

4、2表1.2扇區(qū)編號與計算時間的關(guān)系N123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT3T=T-0sT-T12當t+TT時，達到飽和狀態(tài)就要對矢量作用時間應作出限制。12sT、T做如下修正：12T*LrTiT+Ts1.5)1T22.2.3電壓空間矢量切換點的計算計算出相鄰兩個空間電壓矢量的作用時間后,則應確定每個空間電壓矢量開始作用的時刻，以第3扇區(qū)為例，其所產(chǎn)生的三相波調(diào)制波形在時間T時段中如s圖2.5所示。采用七段式空間矢量合成方式，每個扇區(qū)的合成矢量均以零矢量(000)開始和結(jié)束，中間用零矢量(111),其余時間有效矢量合理安排。如圖1.4所示。廠-、零矢量(000)矢量A矢量B

5、零矢量(111)矢量B矢量A零矢量(000)圖1.4基本電壓矢量分配將零矢量周期分成三段，其中矢量u的起、終點上均勻分布矢量u，而在ref0矢量u中點處分布矢量u,且TT。電壓向量出現(xiàn)的先后順序為u、u、ref77004u、u、u、u、u，各電壓向量的三相波形則與開關(guān)表示符號相對應。矢67640量的切換點為：bc-T-T)/4s12T+T/2如+a1T+T/2b2+21.6)假設零矢量（000）和零矢量（111）在一個開關(guān)周期中作用時間相同，生成的是對稱PWM波形，再把每個基本空間電壓矢量作用時間一分為二。其它各扇區(qū)的開關(guān)切換順序同理，如表1.3所示。表1.3各扇區(qū)時間切換點N123456TT

6、bTTTTTbabaaccbTbTTTbTbTTbacbbacTTTbTTTbTccbcaba載波為等腰三角波，且寬為開關(guān)周期T，這樣通過三角載波調(diào)制產(chǎn)生PWMs信號去控制逆變器的三相開關(guān)做出相應的動作，使之產(chǎn)生的輸出電壓跟隨參考電壓，達到了逆變的目的。SVPWM控制三相有源逆變的Matlab仿真2.1SVPWM控制算法的仿真實現(xiàn)利用Simulink環(huán)境下的豐富模型，可以很方便的實現(xiàn)上一節(jié)所述的SVPWM控制算法。實現(xiàn)SVPWM算法的各個子系統(tǒng)模型如下所示：1）將三相靜止坐標系（d,b，c）中的U、U、U轉(zhuǎn)換成兩相垂直靜abc止坐標系（a，P）中的U、U。在Simulink中，其實現(xiàn)框圖如圖2

7、.1所示:a卩圖2.1U、U、U轉(zhuǎn)換成U、U模型框圖abcp2）計算參考電壓矢量Uref所處的扇區(qū)。根據(jù)U和UP的關(guān)系判斷參考電壓矢量Uref所在的扇區(qū)Sn,只需要經(jīng)過簡單的加減及邏輯運算即可確定其所在的扇區(qū)。在Simulink中，其實現(xiàn)框圖如圖2.2所示：圖2.2參考電壓矢量所處扇區(qū)判斷模型框圖3）產(chǎn)生驅(qū)動波形。將三角載波周期T作為定時器周期，與切換點T，TsaonbonT比較，從而調(diào)制出SVPWM波形，其仿真模塊如圖2.3所示：conScope4Scope3圖2.3驅(qū)動模型PWM產(chǎn)生模型框圖以上給出了在Simulink中實現(xiàn)SVPWM控制算法的各個子系統(tǒng)的框圖，而圖2.4為實時產(chǎn)生SVPW

8、M波形并控制開關(guān)管的開關(guān)來達到逆變效果的整個仿真框圖。給定采樣周期T和直流母線電壓U，參考電壓矢量U在A，B，C軸系下sdcref的分量由三相對稱正弦電壓U，U，U提供，輸出脈沖即為實時產(chǎn)生的SVPWMabc波。11IIIII/I11II圖2.4逆變模型總框圖2.2SVPWM控制算法仿真結(jié)果及分析逆變器輸入的直流電等效為Udc=800V,接到使用IGBT的三相橋式逆變電路上；利用脈沖信號生成模塊發(fā)出的六路PWM信號對逆變橋路六個功率開關(guān)管進行PWM控制；從逆變橋路輸出三相電壓經(jīng)過三對L和C構(gòu)成的低通濾波器及電抗器構(gòu)成整個逆變回路。其中L=15mH,C=45pF,R=10Q仿真中，開關(guān)頻率20K

9、，離散采樣時間設為1e-006秒，仿真時間定為0.5秒，步長選為系統(tǒng)自動設定值,仿真求解器設為可變步長離散型求解器。仿真測量結(jié)果如下：1）圖2.5為給定的三相正弦電壓波形，ABC三相互差120度，220V。/V/e20015010050-50-100-150-20011I1；-7rIIIIanaL-II|VIIIIIILiii111.I：卜:】1.f1JI(J0onII仙IJI/M1IHvJIjIVVVVvsif;J冷*r11IIIII/I11II00.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20圖2.5給定的三相正弦電壓波形2）圖2.6為參考電壓矢量所處的扇區(qū)

10、。從圖中可以看出扇區(qū)的選擇順序為6，5，4，3，2，1，。圖2.6扇區(qū)選擇圖3）圖2.7為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的A相電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的相電壓為正弦波形，電壓峰值為257V。圖2.7逆變后A相的電壓波形4）圖2.8為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的線電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的線電壓為正弦波形，電壓峰值為445V。v/egatlo000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20Time/s圖2.8逆變后線電壓波形6）圖2.9為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的三相電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的三相電壓為正弦波

11、形，三相波形互差120度，電壓峰值為257V。200-3000mllHvyoVi111w/VVA;i100-100-2000.020.040.06lJ0.080.100.12Time/sI-0.14v1V0.160.18l0.20300圖2.9逆變后三相電壓波形7）圖2.10為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的三相電流波形。從圖中可以看出逆變得到的三相電流為正弦波形，三相波形互差120度，電流峰值為26A。30-300-200.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20Time/s圖2.10逆變后三相電流波形ooO-s/egatloV總結(jié)通過學習現(xiàn)代電力電

12、子這門課，我學習了逆變電路的幾種控制方法，本文主要介紹了電壓空間矢量控制法。首先對三相橋式電壓型有源逆變器進行了研究分析，隨后介紹了SVPWM調(diào)制技術(shù)的基本原理以及SVPWM的控制算法，主要包括三相電壓變兩相電壓，合成矢量所處的扇區(qū)判斷，每個扇區(qū)中基本空間矢量作用的時間和電壓空間矢量切換點的計算。最后通過采用Matlab仿真軟件，對SVPWM控制算法的實現(xiàn)進行了建模仿真，其仿真結(jié)果與理論分析的一致性證明了推導出的SVPWM控制算法的正確性。本次仿真實現(xiàn)了采用SVPWM控制法將800V的直流電壓逆變成了三相交流電，實現(xiàn)逆變的功能。參考文獻林渭勛.現(xiàn)代電力電子技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.2005劉鳳君.現(xiàn)代逆變技術(shù)及