空間矢量控制

主要內(nèi)容：

兩電平逆變器的工作原理

電壓空間矢量PWM調(diào)制原理參考書籍：《電力電子學(xué)——電力電子變換和控制技術(shù)》陳堅(jiān)，高等教育出版社三相對(duì)稱電量的矢量表示設(shè)三相交流系統(tǒng)各相電壓為：式子中，為相電壓基波幅值，角頻率為，f為基波電壓頻率()cos()cos(120)()cos(240)ANplmBNplmCNplmvtVtvtVtvtVtwwwwww==-=-oo（1）三相對(duì)稱電量的矢量表示

式（1）的三個(gè)相電壓瞬時(shí)值可以用下圖中的一個(gè)以角速度在空間旋轉(zhuǎn)的電壓矢量在A、B、C各相軸線上的投影表示，的大小為相電壓幅值。以角速度逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。在任意時(shí)間t，的相位角為。圖1：旋轉(zhuǎn)矢量圖A軸B軸C軸120?V?V?60?tqw=dqVVjV=+?由于則即：ddqdq()coscos13()cos(120)cos(120)2213()cos(240)cos(240)22ANplmBNplmCNplmvtVtVtVvtVtVtVVvtVtVtVVwwwwwwwww===-=-=-+=-=-=--oooo＝0()1()1/23/2(2)()1/23/2ANdBNqCNvtVvtVvtwwwéùéùéùêúêú=-êúêúêú??êúêú--????A軸B軸C軸120?V?V?60?qVdqVjV=+?tqw=三相對(duì)稱電量的矢量表示由式（1）可知，由式（2）可得到：

式（2）表明三相負(fù)載相電壓可以用一個(gè)空間矢量（電機(jī)里的旋轉(zhuǎn)磁通）表示，矢量與三相電壓的關(guān)系如（3）所示。上面的關(guān)系本質(zhì)上是一個(gè)三相坐標(biāo)到二相坐標(biāo)的變換，這樣便于問題的分析

11/21/22(3)303/23/2ANdBNqCNvVvVvéù--éùéùêú=êúêúêú-????êú??兩電平逆變器原理

兩電平逆變器的每一橋臂上具有2個(gè)三極管、2個(gè)反向恢復(fù)二極管。以A相電路為例(定義P點(diǎn)電位為，Q點(diǎn)電位為0)，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)電位為；當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)電位為0；

當(dāng)，輪流導(dǎo)通時(shí)，即可在A點(diǎn)得到，0兩個(gè)電平，故稱之為兩電平逆變器。圖2：兩電平逆變器原理圖ABCNPQDiDVAiBiCi1T2T3T5T4T6T如果引入A、B、C橋臂的開關(guān)變量為，定義，，則當(dāng)導(dǎo)通，截止時(shí)，，這時(shí)；反之則，這時(shí)。當(dāng)導(dǎo)通，截止時(shí)，，這時(shí)；反之則，這時(shí)。當(dāng)導(dǎo)通，截止時(shí)，，這時(shí)；反之則，這時(shí)。

逆變器每個(gè)橋臂輸出端電壓可用各橋臂的開關(guān)變量和電源電壓的乘積表示，整個(gè)三相逆變器的輸出電壓則由A、B、C三相橋臂的開關(guān)變量共同組合確定。開關(guān)矢量定義0AQaDvSV==輸出電壓矢量表逆變器狀態(tài)及輸出電壓矢量0000000000010-1-1-1/3-1/32/3010-110-1/32/3-1/3011-101-2/31/31/310010-12/3-1/3-1/31011-101/3-2/31/311001-11/31/3-2/3111000000表1開關(guān)狀態(tài)及逆變器輸出電壓兩電平逆變器原理

(Sa，Sb，Sc)=(1,0,0)時(shí)，VAN=2/3*VD

，VBN=VCN=-1/3*VDPQDVNABCRRR電壓空間矢量定義由開關(guān)變量的定義有：逆變器輸出與開關(guān)變量的關(guān)系寫為矩陣形式為：（4）（5）()()()AQaDABAQBQabDBQbDBCBQCQbcDCQcDCACQAQcaDvSVvvvSSVvSVvvvSSVvSVvvvSSVìì==-=-??=T=-=-íí??==-=-??110011101ABaBCDbCAcvSvVSvS-éùéùéùêúêúêú=-êúêúêúêúêúêú-??????電壓空間矢量定義同時(shí)逆變器輸出線電壓與相電壓有如下關(guān)系：則逆變器輸出相電壓與開關(guān)變量有如下關(guān)系：（6）（7）101111030110ANBNABANABBNCNBCBNBCCNANCACNCAANBNCNvvvvvvvvvvvvvvvvvv-=ì-éùéùéù?-=?êúêúêúT=-íêúêúêú-=?êúêúêú-???????++=?21111213112ANaBNDbCNcvSvVSvS--éùéùéùêúêúêú=--êúêúêúêúêúêú--??????電壓空間矢量定義把式子（3）帶入（7）式可得到逆變器輸出的空間矢量表達(dá)式：（8）把(Sa，Sb，Sc)的8種取值帶入（8）式可得到空間矢量圖dq2-1-11303-3aDbcSvVSvSéùéùéùêú=êúêúêú????êú??11/21/22(3)303/23/2ANdBNqCNvVvVvéù--éùéùêú=êúêúêú-????êú??電壓空間矢量圖當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為4（100）時(shí)，dq2-1-11303-3aDbcSvVSvSéùéùéùêú=êúêúêú????êú??ABC1V?2V?3V?4V?5V?6V?0V?7V?扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)4扇區(qū)5扇區(qū)6（1，0，0）（1，0，1）（1，1，0）（0，1，0）（0，0，0）（1，1，1）（0，0，1）（0，1，1）21111213112ANaBNDbCNcvSvVSvS--éùéùéùêúêúêú=--êúêúêúêúêúêú--??????電壓空間矢量等效關(guān)系若取則由式子（1）得出的相電壓與逆變器開關(guān)狀態(tài)4的結(jié)果一致結(jié)論：一定條件下，6個(gè)非零開關(guān)狀態(tài)矢量下逆變器輸出對(duì)應(yīng)于（1）式中的值A(chǔ)BC1V?2V?3V?4V?5V?6V?0V?7V?A軸B軸C軸120?V?V?60?qVdqVjV=+?tqw=●通過三相到二相坐標(biāo)變換，逆變器的控制運(yùn)行放到正交坐標(biāo)系中進(jìn)行分析可以使問題簡化導(dǎo)電型三相逆變器空間矢量遠(yuǎn)行規(guī)律●如果按照

的切換關(guān)系來控制逆變器（每個(gè)狀態(tài)保持600電角度時(shí)間），其輸出等效于1800導(dǎo)電型三相逆變器的輸出通態(tài)開關(guān)器件T456156156121232343454565615614623156124612323154623234345456612123234345狀態(tài)twtwtwtwtwtwtwtwaSbScSABvBCvCAvANvBNvCNv1aS=1aS=1aS=1bS=1bS=1bS=1cS=1cS=1cS=AQvDVDVDVDVDVDVDVDVBQvCQvABAQBQvvv=-BQCQvv=-CACQAQvvv=-twfffAiBiCiABC1V?2V?3V?4V?5V?6V?0V?7V?扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)4扇區(qū)5扇區(qū)6（1，0，0）（1，0，1）（1，1，0）（0，1，0）（0，0，0）（1，1，1）（0，0，1）（0，1，1）ABCNPQDiDVAiBiCi1T2T3T5T4T6T電壓空間矢量調(diào)制原理電壓空間矢量PWM法，是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電是交流電動(dòng)機(jī)的理想磁通為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān)順序，形成所需的PWM波形的調(diào)制方法。（物理意義定義）傳統(tǒng)的SPWM三相逆變器是利用等效原理（伏秒平衡原則）各相單獨(dú)進(jìn)行調(diào)制。而電壓空間矢量PWM法通過坐標(biāo)變換在正交坐標(biāo)系中對(duì)三相輸出作為整體進(jìn)行調(diào)制。電壓空間矢量調(diào)制原理假設(shè)參考電壓在第一扇區(qū)（如圖7所示），用，，來近似等效，其含義是矢量在時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果和，，作用,,時(shí)間的積分效果相同，方程如下：q6023jDVe=?023jDVe=?扇區(qū)16V?4V?0V?7V?rV?ABC1V?2V?3V?4V?5V?6V?0V?7V?rV?

在一個(gè)開關(guān)周期中設(shè)置零矢量的作用時(shí)間，可以調(diào)控輸出電壓的大小。一定時(shí)，大，輸出電壓將減小，各個(gè)矢量的作用時(shí)間決定了輸出電壓具有一點(diǎn)相位角和相應(yīng)的輸出電壓大小。最大的輸出電壓對(duì)應(yīng)于電壓空間矢量調(diào)制原理解得方程：參考電壓在其它扇區(qū)時(shí)可以得到類似的控制規(guī)律。只是所選矢量和時(shí)間計(jì)算公式不同。4603sin(60)(9)3sin()(10)[13cos(30)](11)plmSDplmSDplmSDVTTVVTTVVTTVqqq=-==--oo電壓空間矢量PWM控制

從兩電平逆變器的6個(gè)處于空間特點(diǎn)位的開關(guān)狀態(tài)矢量中，選擇兩個(gè)相鄰的矢量與零矢量合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)空間矢量，通過調(diào)控合成矢量的大小和旋轉(zhuǎn)速度，來實(shí)現(xiàn)三相逆變器輸出電壓和頻率的調(diào)控方式，稱為電壓空矢量PWM控制。電壓空間矢量PWM控制調(diào)制步驟：

●確定三相橋臂終端參考電壓合成矢量；●確定參考電壓合成矢量落在第幾扇區(qū)；●根據(jù)一定的開關(guān)矢量選擇規(guī)律確定實(shí)際的開關(guān)矢量及其作用順序；●根據(jù)參考電壓合成矢量及選定的開關(guān)矢量計(jì)算相應(yīng)的開關(guān)矢量作用時(shí)間。電壓空間矢量作用順序的確定

為了優(yōu)化開關(guān)頻率，減