SVPWM電壓矢量控制解析課件

1、電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。第1頁，共47頁?？臻g矢量的定義交流電動(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。 定義三相定子電壓空間矢量 k為待定系數(shù) 第2頁，共47頁?？臻g矢量的合成三相合成矢量圖5-21 電壓空間矢量的合成矢量 第3頁，共47頁?？臻g矢量的定義定子電流空間矢量 定

2、子磁鏈空間矢量 第4頁，共47頁?？臻g矢量表達(dá)式 空間矢量功率表達(dá)式 共軛矢量 第5頁，共47頁。空間矢量表達(dá)式 考慮到 三相瞬時(shí)功率 按空間矢量功率與三相瞬時(shí)功率相等的原則 第6頁，共47頁?？臻g矢量表達(dá)式 第7頁，共47頁?？臻g矢量表達(dá)式 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量第8頁，共47頁。空間矢量表達(dá)式 以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值 在三相平衡正弦電壓供電時(shí)，若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。第9頁，共47頁。電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 合成空間矢量表示的定子電壓方程式 忽略定子電阻壓降，定子合

3、成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為或第10頁，共47頁。電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓）。定子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄗ与妷菏噶康?1頁，共47頁。電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 圖5-22 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡圖5-23 電壓矢量圓軌跡第12頁，共47頁。電壓空間矢量 直流電源中點(diǎn)O和交流電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)O的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點(diǎn)無關(guān)。第13頁，共47頁。8個(gè)基本空間矢量PWM逆變器共有8種工作狀態(tài) 當(dāng) 第14頁，共47頁。8個(gè)基本空間矢

4、量依此類推，可得8個(gè)基本空間矢量 。當(dāng) 第15頁，共47頁。8個(gè)基本空間矢量2個(gè)零矢量6個(gè)有效工作矢量幅值為 空間互差 第16頁，共47頁?；倦妷嚎臻g矢量圖圖5-24 基本電壓空間矢量圖第17頁，共47頁。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 6個(gè)有效工作矢量完成一個(gè)周期，輸出基波電壓角頻率 6個(gè)有效工作矢量每個(gè)有效工作矢量作用 順序分別作用t時(shí)間，并使 第18頁，共47頁。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 k=1,2,3,4,5,6 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽?定子磁鏈?zhǔn)噶窟\(yùn)動(dòng)方向與電壓矢量相同，增量的幅值等于第19頁，共47頁。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)軌跡為 圖5-25 定子磁鏈?zhǔn)噶吭隽康?0頁，共47頁。

5、正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 圖5-26 正六邊形定子磁鏈軌跡在一個(gè)周期內(nèi)，6個(gè)有效工作矢量順序作用一次，定子磁鏈?zhǔn)噶渴且粋€(gè)封閉的正六邊形。第21頁，共47頁。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使 在變頻的同時(shí)必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復(fù)雜性。第22頁，共47頁。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 有效的方法是插入零矢量當(dāng)零矢量作用時(shí)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽勘砻鞫ㄗ哟沛準(zhǔn)噶客Ａ舨粍?dòng)。 第23頁，共47頁。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 在直流電壓不變的條件下，要保持輸出頻率越低，t越大，零矢量作用時(shí)間t0也越大，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留的時(shí)間越長。由此可知，零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的

6、矛盾。恒定，只要使t1為常數(shù)即可。第24頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 六邊形旋轉(zhuǎn)磁場帶有較大的諧波分量，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)。要獲得更多邊形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更多的空間位置不同的電壓空間矢量以供選擇。PWM逆變器只有8個(gè)基本電壓矢量，能否用這8個(gè)基本矢量合成出其他多種不同的矢量呢？第25頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個(gè)有效工作矢量合成期望的輸出矢量，這就是電壓空間矢量PWM（SVPWM）的基本思想。按6個(gè)有效工作矢量將電壓矢量空間分為對(duì)稱的六個(gè)扇區(qū)，當(dāng)期望輸出電壓矢量落在某個(gè)扇區(qū)內(nèi)時(shí)，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的2個(gè)有效

7、工作矢量等效地合成期望輸出矢量。第26頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 圖5-27 電壓空間矢量的6個(gè)扇區(qū)按6個(gè)有效工作矢量將電壓矢量空間分為對(duì)稱的六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)第27頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 基本電壓空間矢量圖5-28 期望輸出電壓矢量的合成期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的夾角 的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量 第28頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 在一個(gè)開關(guān)周期 T0圖5-28 期望輸出電壓矢量的合成的作用時(shí)間 的作用時(shí)間 合成電壓矢量第29頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 由正弦定理可得解得 零矢量的作用時(shí)間 第30頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 兩個(gè)基

8、本矢量作用時(shí)間之和應(yīng)滿足當(dāng) 輸出電壓矢量最大幅值 第31頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量幅值 基波相電壓最大幅值 基波線電壓最大幅值 第32頁，共47頁。期望電壓空間矢量的合成 SPWM的基波線電壓最大幅值為 兩者之比 SVPWM方式的逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比SPWM逆變器輸出電壓最多提高了約15%。第33頁，共47頁。SVPWM的實(shí)現(xiàn) 通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，來安排基本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同時(shí)，盡量使PWM輸出波型對(duì)稱，以減少諧波分量。 第34頁，共47頁。零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法 按照對(duì)

9、稱原則，將兩個(gè)基本電壓矢量的作用時(shí)間平分為二后，安放在開關(guān)周期的首端和末端。零矢量的作用時(shí)間放在開關(guān)周期的中間，并按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇零矢量。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，有一相的狀態(tài)保持不變，從一個(gè)矢量切換到另一個(gè)矢量時(shí)，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化，因而開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗小。 第35頁，共47頁。零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法 圖5-29 零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn)第36頁，共47頁。零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法 將零矢量平均分為4份，在開關(guān)周期的首、尾各放1份，在中間放兩份。將兩個(gè)基本電壓矢量的作用時(shí)間平分為二后，插在零矢量間。按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇矢量。第37頁，共47頁。零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法 圖5-30 零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn)第38頁，共47頁。零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法 每個(gè)周期均以零矢量開始，并以零矢量結(jié)束。從一個(gè)矢量切換到另一個(gè)矢量時(shí)，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，三