SVPWM的原理及法則推導(dǎo)和控制算法詳解

SVPWM的原理及法則推導(dǎo)和控制算法詳解1空間電壓矢量調(diào)制SVPWM技術(shù)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，能夠使輸出電流波形盡跡。且使直流母線電壓的利用率有了很大提高，且更算法進(jìn)行詳細(xì)分析闡述。1.1SVPWM基本原理矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間不同組合來(lái)得到。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從果來(lái)決定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM波形。逆變電路如圖2-8示。Udc三相相電壓為UA、UB、UC，其分UAtUBtUCt)，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時(shí)間(U(t)=Ucos(9)〈|UA(t)=Umcos(92/3)(2-27)Cm其中，9=2ft，則三相電壓空間矢量相加的合成空間矢(t)就可以表示U(t)=U(t)+U(t)ej2/3+U(t)ej4/3=3Uej9ABC2m (2-28)可見(jiàn)U(t)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值為相電壓峰值的m，為相電壓矢量U(t)為一個(gè)幅值恒定、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度恒定的一個(gè)空間電壓矢量。而空間矢量U(t)在三相坐標(biāo)軸(a，b，c)上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量。其中ej2/3、ej4/3表示時(shí)間向量的空間位置。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)PMSM的控制就需要通過(guò)對(duì)。 制磁場(chǎng)的目的)。單軸線圈(可設(shè)想為定子鐵心中旋轉(zhuǎn)線圈S)，與fs一道旋轉(zhuǎn)。為滿足功率不變約束條件(輸入單軸線圈的功率應(yīng)等于輸入原定子三相繞組的功率)。根據(jù)Fs=4/pi*1/2*3/2*Ns*Kws1*Is=4/pi*1/2*Ns*Kws1*(Ia+aIb+a2Ic)Us=2/3*(Ua+aUb+a2Uc)(1上橋臂導(dǎo)通S=〈(2-30)x0下橋臂導(dǎo)通U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個(gè)零矢量U0(000)、UdcN〈UU=U,UU〈UU=U,UU=U(2-30)|aNbNdcaNcNdcaNbNcN表2-1開(kāi)關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系0Udc1U3dc1U1U000000023dc13dc1U11U001U123dc1U000cc00000c0011000110011100100001111U2U1U2U2U1U其中非零矢量的幅值相同(模長(zhǎng)為2Udc/3)，相鄰的矢量間隔60°，而兩個(gè)零矢量幅值為零，位于中心。在每一個(gè)扇區(qū)，選擇相鄰的兩個(gè)電壓矢量以及零(2-31(2-31)U*T=U*T+U*T+U*T(2-32)refxxyy00包括了U0和U7兩個(gè)零矢量。式(2-32)的意義是，矢量Uref在T時(shí)間內(nèi)所相同。在電壓空間向量中合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)電壓，其旋轉(zhuǎn)要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓向量合成的技術(shù)，在電壓空間向量U小增量設(shè)定電壓向量可以用該區(qū)中相鄰的兩個(gè)基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得到的設(shè)定電壓向量就等效于一個(gè)在電壓空間向量平面上平滑旋調(diào)制的目的。1.2SVPWM法則推導(dǎo)所合成的電壓向量旋轉(zhuǎn)角速度為ω=2πf，旋轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)Tf；若載波頻率是fs，則頻率比為R=fs/f。這樣將電壓R個(gè)小增量，亦即設(shè)定電壓向量每次增〈a軸(2-|Uref|sin9=|U-------b軸(2-34)式中m為SVPWM調(diào)制系數(shù)(調(diào)制比)，m=3|Uref|/Udc。TT(TS-T4-T6)/2(2-35)(2-36)UUUU成的Uref的時(shí)間后，接下來(lái)就是如何產(chǎn)生少開(kāi)關(guān)次數(shù)，盡可能避免在負(fù)載電流較大的，在時(shí)間上構(gòu)成一個(gè)空間矢式有多種，按照空間矢量的對(duì)稱性分類，可我們以減少開(kāi)關(guān)次數(shù)為目標(biāo)，將基本矢量作用順序的分配原則選定為：在UU2UREF所在的位置和開(kāi)關(guān)切換順序?qū)φ招騎s000-6-4-UREF位置000000000011111111111ⅡⅡ區(qū)(60°≤θ≤Ⅲ區(qū)(120°≤θ≤Ⅳ區(qū)(180°≤θ≤Ⅴ區(qū)(240°≤θ≤Ⅵ區(qū)(300°≤θ≤111111111111111000000000000000110011011101101110011011101101010010001001100000000000000000010010001001100110111111111111UUUUUUU0，各電壓向量的三度增加一個(gè)γ，利用式(2-33)可以重新計(jì)算新的T0、T4、T6及T7值，得到新的合成三相類似(3-4)所示的三相波形；這樣每一個(gè)載波周期TS就會(huì)合需要知道參考電壓矢量Uref所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電統(tǒng)給出區(qū)間所需的基本電壓空間矢量，并以此矢量所對(duì)動(dòng)作。當(dāng)控制矢量在空間旋轉(zhuǎn)360°后，逆變器1.3.1合成矢量Uref所處扇區(qū)N的判斷0o<arctan(Uβ/Uα)<60o扇扇區(qū)落在此扇區(qū)的充要條件若進(jìn)一步分析以上的條件，有可看出參考電壓矢量Uref所在的扇區(qū)完(|22a2U3=-23Ua-U2式可知A，B，C不會(huì)同時(shí)為1或同時(shí)為0，所以實(shí)際的組合是六P值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系NN45Ⅲ2Ⅵ631采用上述方法，只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的加減及邏輯運(yùn)算即可確定所在的扇區(qū)，對(duì)1.3.2基本矢量作用時(shí)間計(jì)算與三相PWM波形的合成在傳統(tǒng)SVPWM算法如式(2-34)中用到了空間角度及三角函數(shù)，使得和Uβ就可以使計(jì)算大為簡(jiǎn)化。以Uref處在第Ⅰ扇區(qū)時(shí)進(jìn)行分析，根據(jù)圖l算法對(duì)各種電壓等級(jí)適應(yīng)，一般會(huì)對(duì)電壓進(jìn)行標(biāo)幺化處理，實(shí)則對(duì)時(shí)間轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)值進(jìn)行如下推導(dǎo)：TTTTTTTTTTTTTTTTNTNT6=6T6=TfsN=NTpwmTfsNTpwm1NTpwm6T66fsN=NTpwmT4fs=NTpwm*sUfs=T6U1U1U2a2basedcdcUT41aUT62a22IⅡT4T6=2=6U2U1TN4=TNxN42N61TN6=TNyTN2=TNxN2N3TN6=TNyⅢⅣⅤ=2=3=1=3=1=5131232N21N33N1N32N3N2TN2=TNxTN3=TNyUdcUdc==NxNyNxNyN3N511T=4T=5Ⅵ由公式(2-38)可知，當(dāng)兩個(gè)零電壓矢量作用時(shí)間為0時(shí)，一個(gè)PWM周期內(nèi)非零電壓矢量的作用時(shí)間最長(zhǎng)，此時(shí)的合成空間電壓矢量幅值最大，由圖2-12可知其幅值最大不會(huì)超過(guò)圖中所示的正六邊形邊界。而當(dāng)合成矢量落在該邊界之外時(shí)，將發(fā)生過(guò)調(diào)制，逆變器輸出電壓波形將發(fā)生失真。在SVPWM調(diào)制2-12所示虛線323正六邊形的內(nèi)切圓，其幅值為：U=U，即逆變器輸出的不失真23dc3dc3最大正弦相電壓幅值為U，而若采用三相SPWM調(diào)制，逆變器能輸出的不PWM31更高，它們的直流利用率之比為U/U=1.1547，即SVPWM法比SPWM3dc2dc輸出電壓將發(fā)生失真，必須采取過(guò)調(diào)制處理，這里采用一種比例縮小算法。定中先發(fā)生的矢量用為TNx，后發(fā)生的矢量為TNy。當(dāng)Tx+Ty≤TNPWM時(shí)，矢量端點(diǎn)在正六邊形之內(nèi)，不發(fā)生過(guò)調(diào)制；當(dāng)TNx+TNy>TNPWM時(shí)，矢量設(shè)將電壓矢量端點(diǎn)軌跡端點(diǎn)拉回至正六邊形內(nèi)切圓內(nèi)時(shí)兩非零矢量作用時(shí)TTNxTTNx=NyTT(2-39)(,T(2-40)M000TNy0000000000(t=(T_T_T)/2〈|taon=ts+y___7段(2-41)(t(t〈t〈t=T__5段(2-42)段段以倒三角計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的值以正三角計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的值|taonNxNy(N=0|taon|lN=Non+TNyNxNyTNPWM-N-TTNPWM-N-T數(shù)7(N=|taon5(N|taon器值，而不同扇區(qū)時(shí)間分配如表2-5所示，并將這三的計(jì)數(shù)值123456nnnnnN