《基于Matlab-Simulink的SVPWM算法建模與仿真研究8100字（論文）》

基于Matlab-Simulink的SVPWM算法建模與仿真研究目錄TOC\o"1-2"\h\u152021緒論 1294251.1研究背景 2179651.2逆變器與電力電子器件 330541.3電壓空間矢量與磁鏈分布 4135032SVPWM基本原理 5252762.1SVPWM概述 5234022.2基本電壓空間矢量 6137272.3矢量合成法則 8137452.4SVPWM算法模型 9141093SVPWM算法的數(shù)學(xué)建模 11258293.1參考電壓矢量的扇區(qū)判斷 11247243.2矢量作用時間的計算 13196773.3切換時間計算 14242444SVPWM算法的仿真實現(xiàn) 1518064.1SVPWM的Simulink模塊仿真 1537254.2SVPWM由Simulink模塊仿真的結(jié)果 18265834.3SVPWM由Simulink的S函數(shù)實現(xiàn) 20308045.結(jié)論 2228351參考文獻 22摘要：隨著現(xiàn)代我國機械工業(yè)逐漸地趨向智能化和工業(yè)自動化的發(fā)展，電動機逆變技術(shù)的改善一直處于高速發(fā)展之中，為了提高逆變器的工作效率并能夠輸出穩(wěn)定的正弦電壓,利用由電動機三相定子電流產(chǎn)生的磁場所組合而形成的一個理想磁鏈圓為設(shè)計目標，從三相定子輸出電壓的總體合成效果著手，設(shè)計三相定子電壓的空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)算法。在Matlab/Simulink的環(huán)境下搭建SVPWM算法的數(shù)學(xué)模型，進行了Simulink的運行仿真，并用M文件進一步編寫S函數(shù)的運行仿真模型。通過對仿真結(jié)果的綜合分析驗證了SVPWM技術(shù)的調(diào)制比能夠達到1.15，逆變器的輸入電壓利用率可以達到100%。關(guān)鍵詞：SVPWM；五段式；Simulink仿真1緒論當法拉第利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象并發(fā)明了首臺發(fā)電機，打開了電氣時代，電力資源逐步成為了社會的核心能源。直到現(xiàn)在，夜晚燈火閃爍的城市與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的機械化生產(chǎn)，表明電力資源的應(yīng)用與控制技術(shù)已經(jīng)十分成熟。電力資源在生活中通過電動機轉(zhuǎn)化為常用的機械能，電動機和部分電氣設(shè)備需要使用經(jīng)過逆變電路供電，逆變器開關(guān)器件通過接收一定規(guī)律脈沖信號，使開關(guān)管按一定時序通斷來產(chǎn)生所需的電能，根據(jù)不同需求供應(yīng)相應(yīng)質(zhì)量的電源。根據(jù)電機的工作原理可以知道，電動機需要供應(yīng)正弦波的電流來產(chǎn)生定子磁場，我們希望在逆變器調(diào)制出符合標準的電流。這個過程由脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）完成，現(xiàn)在的PWM技術(shù)從控制思想上分了四類：“等脈寬的脈寬調(diào)制技術(shù)、正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)、磁鏈追蹤型脈寬調(diào)制技術(shù)和電流跟蹤型脈寬調(diào)制技術(shù)”[羅宏浩,劉少克.新型SPWM調(diào)制技術(shù)[J].微特電機,羅宏浩,劉少克.新型SPWM調(diào)制技術(shù)[J].微特電機,2004(03):19-20+42.從原理來看，脈沖調(diào)制技術(shù)是為了將原始信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N方便控制的信號，脈寬調(diào)制廣泛應(yīng)用于逆變器領(lǐng)域，脈寬調(diào)制通過改變?nèi)禽d波的幅值和頻率與調(diào)制波比較來確定PWM波的脈沖寬度，用這一脈沖列（PWM波）控制逆變器工作來獲取所需頻率和幅值的輸出電壓，以正弦波作為調(diào)制波的方法稱作正弦脈寬調(diào)制技術(shù)。任何調(diào)制技術(shù)的主要目的都是獲得具有最大基模和最小諧波的可變輸出，近年提出了一種新算法技術(shù)，即電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)。與傳統(tǒng)SPWM相比，其調(diào)制波的波形占空比明顯增大，通過實驗研究，SVPWM的直流利用率比SPWM高。SVPWM由電壓合成方式分為兩種，分別是七段式合成法與五段式合成法，前者諧波抑制效果總體較好，后者總能耗較低，利用零矢量在不同扇區(qū)的作用，SVPWM衍生出更多算法模式的變種，有廣闊改進發(fā)展空間。而本文主要介紹的就是五段式SVPWM的算法原理，并在Matlab/Simulink環(huán)境下進行了仿真實現(xiàn)。1.1研究背景目前，三相電壓源逆變器通過脈寬調(diào)制(PWM)控制實現(xiàn)可變電壓和變頻輸出，廣泛應(yīng)用于交流調(diào)速電機驅(qū)動應(yīng)用中。大量采用PWM技術(shù)的逆變器控制技術(shù)在交流電機驅(qū)動中的應(yīng)用越來越出名。這些基于PWM的驅(qū)動器用于控制電機頻率和電壓的大小，PWM開關(guān)策略不但解決了有效利用直流電壓和減少電壓總量等問題，而且還順便解決了開關(guān)損耗和諧波在頻譜上的更好分布等問題。幾個PWM策略控制方案和實現(xiàn)方法已經(jīng)在過去的二十年建立并完善。脈寬調(diào)制變頻技術(shù)第一次提出是在20世紀60年代中期由Kinnich,Heinrick,aneyBowes開發(fā)的。1985的英國，BowesS.R.等開發(fā)出準優(yōu)化SPWM技術(shù)，將三次諧波疊加在正弦波上作為逆變器的調(diào)制波，經(jīng)過實驗得知，這種調(diào)制技術(shù)的調(diào)制比M達到1.15，也使基波幅值與相應(yīng)的電壓利用率都得到了提高。直至現(xiàn)在，PWM技術(shù)廣泛已經(jīng)應(yīng)用于變速器(VSD)、靜止變頻器(SFC)、不可中斷電源(UPS)等各種實際工作中。而電力電子的設(shè)計面臨的主要問題是如何降低逆變電路中的諧波含量。在低或中等電力應(yīng)用中可以看出，經(jīng)典的方波逆變器顯示出嚴重的缺點，如輸出電壓具有低次諧波。因此，采用PWM控制技術(shù)是提高大功率變換器無諧波輸出的有效方法之一。PWM技術(shù)常用于實現(xiàn)交~直流變換的變壓器和變頻器。PWM的電壓型變頻器是通過控制逆變電路開關(guān)器件導(dǎo)通與斷開，在逆變器交流輸出側(cè)獲得一列等幅不等寬的脈沖信號，效果與正弦信號相同，這種方法輸出的調(diào)制波形較平滑而且諧波少。像在交—直—交變頻器中，PWM是通過半導(dǎo)體開關(guān)元件（如IGBT/MOSFET）的快速切換導(dǎo)通，將逆變器輸入側(cè)電壓的波形調(diào)制為具有不同占空比的等幅脈沖列，使輸出效果無限接近正弦波，從而達到減少諧波的產(chǎn)生。電壓源逆變器通常用來給需要傳動調(diào)速工作的設(shè)備提供變頻變壓的三相電壓。采用合適的脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)就是為了在逆變器的出線側(cè)輸出所需的交流電壓?，F(xiàn)在較常用的有SPWM與SVPWM兩種方法，前者將三相參考調(diào)制信號與三角載波幅值相比得到PWM波。在SVPWM方法中，由三相正弦交流電壓合成電壓空間矢量，以參考電壓矢量計算出調(diào)制波形與三角載波比較的馬鞍波作為調(diào)制波，輸出電壓分量的幅值和頻率分別由參考矢量的幅值和頻率控制，兩種方法相比之下，正弦脈寬調(diào)制電壓利用率較小?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)開始形成相互促進的良好態(tài)勢，隨著電力電子技術(shù)、硬件設(shè)計技術(shù)與自動控制原理的進步及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，PWM技術(shù)發(fā)生了極大發(fā)展變化，已出現(xiàn)了相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM、SVPWM等多種PWM控制技術(shù)[肖春燕.電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的研究及其實現(xiàn)[D].南昌大學(xué),2005.肖春燕.電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的研究及其實現(xiàn)[D].南昌大學(xué),2005.李曉光,苑林,劉博寧.基于TMS320F2812的PWM調(diào)制的實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù),2011,7(08):1927-1928.1.2逆變器與電力電子器件逆變器是實現(xiàn)直流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電的設(shè)備，主要是依靠控制器內(nèi)置算法輸出的脈沖信號來控制電力電子開關(guān)器件的規(guī)律通斷而實現(xiàn)的。按照波形分，逆變器有兩類，一類是最早出現(xiàn)的方波逆變器，它的正向到反向電壓變化要瞬間完成，會導(dǎo)致負載設(shè)備和逆變器自身運行極不穩(wěn)定。為了改進方波逆變器的固有缺點，后來改進為使用脈寬調(diào)制的修正波逆變器，一定程度上減少了輸出波的諧波含量。另一類是正弦波逆變器，通過正弦逆變器的輸出等效于正弦波的一系列脈沖波，再使用電感器對調(diào)制的電壓進行濾波使輸出電壓波形更平滑。正弦波逆變器輸出電壓波形一般和生活用電基本一致，對各類負載有良好的適應(yīng)性，而且提高了逆變效率。逆變器提供來自直流電源的交流電源，這在額定交流市電電壓的電氣設(shè)備中是有益的。此外，還廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源中。發(fā)明者將其作為獨立的設(shè)備用于太陽能發(fā)電等應(yīng)用，或者作為單獨充電電池的備用電源。它也可以作為電源供給單元(PSU)或不間斷電源(UPS)的一部分。為此，在電源模塊中，逆變器的直流輸入可以是一個整流的交流電源，或者在電源故障時從電池中輸入。直流輸入電壓由功率器件(如MOSFET或功率變流器)接通或斷開，脈沖被饋送到變壓器的一次側(cè)。一次繞組的交流電壓在二次繞組感應(yīng)到交流的配對電壓。逆變器提供來自直流電源的交流電壓時，適用于電力、電子和電氣設(shè)備，額定電壓為交流市電電壓。電力電子器件是電能轉(zhuǎn)換與控制過程中經(jīng)常用到的元件，理想的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件要具有嚴格開關(guān)特性，既要能實現(xiàn)高壓阻斷，又應(yīng)以較低的開通壓降并承受高密度的電流。按使用要求不同分為三種類型：不控型、半控型及全控型；不控型器件有常見的二極管、三極管；半控型有SCR、GTO等；全控型有MOSFET、IGBT等。在逆變器中，需要能由脈沖信號觸發(fā)開關(guān)通斷的全控型器件，當逆變電路的全控型開關(guān)接收到控制器發(fā)出的PWM信號時進行正常的快速通斷，就能實現(xiàn)電壓和電流的變換和調(diào)制。1.3電壓空間矢量與磁鏈分布從電機學(xué)知道電機控制的本質(zhì)就是控制輸出轉(zhuǎn)矩，電機工作過程其實可以等效為兩塊磁鐵的相互作用，一塊是轉(zhuǎn)子永磁鐵或通電的額勵磁繞組，另外一塊就是通過向定子繞組注入三相電流得到可控的一塊磁鐵[阮毅,陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].第四版,機械工業(yè)出版社.2008.]。阮毅,陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].第四版,機械工業(yè)出版社.2008.電動機旋轉(zhuǎn)的輸出轉(zhuǎn)矩要從一個旋轉(zhuǎn)的磁場中產(chǎn)生，而旋轉(zhuǎn)的磁場是通過三相定子繞組流過的電流感應(yīng)出的磁場合成得到。電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的根本原理是由于定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組（永磁電機通過永磁體磁場）產(chǎn)生的兩個旋轉(zhuǎn)磁場互相耦合，磁場的連續(xù)旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生一個特定不變的旋轉(zhuǎn)磁力矩。旋轉(zhuǎn)的磁場由旋轉(zhuǎn)的電流產(chǎn)生，而旋轉(zhuǎn)的電流需要有旋轉(zhuǎn)的電壓，同時旋轉(zhuǎn)的磁場在空間上還會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁鏈。電壓、電流和磁鏈三者必須是相同轉(zhuǎn)速、不同相位的旋轉(zhuǎn)向量。在SVPWM算法中，參考電壓矢量的幅值和頻率決定輸出電壓的參數(shù)，將三相電壓平衡方程式求矢量和，可以得到電壓矢量與磁場磁鏈矢量的關(guān)系式： （1-1）電機正常運轉(zhuǎn)中，若三相定子繞阻的壓降忽略不計，則旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量與相應(yīng)的磁鏈矢量關(guān)系表達為： （1-2）為時的磁鏈，則有： （1-3）因此，可以通過改變合成電壓矢量來改變定子磁鏈狀態(tài)，以此控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩。當電機持續(xù)輸入三相工頻電壓供電運行時，電動機定子磁鏈矢量以固定幅值、特定轉(zhuǎn)速在定子空間旋轉(zhuǎn)，形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場。式1-3說明與成正比，電壓矢量方向與磁鏈圓的切線方向相同。磁鏈矢量在電機內(nèi)部空間轉(zhuǎn)動一周時，電壓空間矢量也就按磁鏈圓的切線方向轉(zhuǎn)動了360°，電壓矢量的移動軌跡和磁鏈圓的旋轉(zhuǎn)軌跡重合。因此，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的恒磁通運動的控制方式就可以通過電壓矢量的大小與方向的控制問題[增允文.變頻調(diào)速SVPWM技術(shù)的原理、算法與應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社.2011.]。增允文.變頻調(diào)速SVPWM技術(shù)的原理、算法與應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社.2011.2SVPWM基本原理2.1SVPWM概述早在上世紀80年代，國外研究人員在交流電動機的調(diào)速中提出了用磁通軌跡控制的思想，開啟了電壓空間矢量技術(shù)的發(fā)展之路。電壓矢量的想法新穎，而且適合數(shù)字化控制，因此很快引起各界關(guān)注。從此慢慢推廣為一種較為嶄新的脈寬控制方法：SVPWM法。算法輸入三相正弦電壓來計算輸出PWM波，從根本上說，SVPWM是直接從電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理研究而來，通過直接控制磁鏈圓的產(chǎn)生，磁鏈圓由電壓矢量確定，電壓矢量主要由基本矢量合成所得。平均值等效原理是：在開關(guān)周期內(nèi)，對六個基本電壓矢量進行矢量相加，使其求和平均值與參考電壓矢量等效。具體來說，旋轉(zhuǎn)的空間電壓處于相鄰基本電壓矢量之間時，合成值就是圍成此扇區(qū)的兩個電壓矢量對應(yīng)相應(yīng)時間的積分。將相鄰基本電壓矢量的積分時間等分施加，中間的轉(zhuǎn)換使用任一零矢量緩和，減少開關(guān)元件動作的同時保證合成效果接近參考電壓矢量，從而使合成的電壓空間矢量幅值頂點走過的路徑呈圓形。由逆變器的八種開關(guān)狀態(tài)的組合電壓形成的實際磁通追蹤理想磁通圓，用他們之間的差值來確定三組橋臂的開關(guān)狀態(tài)，從而輸出最終的PWM波形。從實際設(shè)備看，SVPWM算法是三相電壓型逆變器半導(dǎo)體開關(guān)元件的一種給定的開關(guān)觸發(fā)導(dǎo)通順序和作用時間的組合輸出。這種開關(guān)元件的通斷方式與持續(xù)時間的組合將在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生三相正弦交流電。這三相電在繞組上的合成就是旋轉(zhuǎn)矢量。SVPWM法的核心思想是用三相交流正弦電壓合成參考電壓，再通過算法將參考電壓分解為實際PWM控制信號，PWM信號控制逆變器開關(guān)狀態(tài)，將逆變器輸入調(diào)制為能合成磁鏈圓的三相電壓。具體過程是將空間位置（與電動機定子繞組類似）與相位都差120°的三相對稱電壓合成參考電壓矢量，這個圓形旋轉(zhuǎn)電壓空間矢量對應(yīng)了定子空間的圓形磁鏈軌跡，而三相逆變器相應(yīng)開關(guān)狀態(tài)的切換時刻與三角波比較形成PWM信號，用該PWM信號控制產(chǎn)生的實際磁鏈矢量來追蹤目標磁鏈圓[李奉順.基于改進空間矢量的APF電流控制策略研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),李奉順.基于改進空間矢量的APF電流控制策略研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2017.SVPWM與SPWM技術(shù)的研究表明[李濤,張曉鋒,喬鳴忠.SPWM與SVPWM的宏觀對等性研究[J].中國電機工程學(xué)報.2010,30:178~184.]，空間矢量調(diào)制技術(shù)能更有效地利用直流母線電壓，減少諧波失真。本文以電壓型逆變器為例,從電壓矢量合成與分解論述SVPWM算法的工作模式，并驗證SVPWM技術(shù)在逆變技術(shù)上具有較高直流電壓利用率的優(yōu)點。李濤,張曉鋒,喬鳴忠.SPWM與SVPWM的宏觀對等性研究[J].中國電機工程學(xué)報.2010,30:178~184.2.2基本電壓空間矢量設(shè)直流母線側(cè)電壓為，逆變器輸出的三相電壓分別加在電機內(nèi)部互差120°定子繞組的軸線上，定義三個大小隨時間作正弦變化、方向一直處于軸線方向的電壓矢量、、，三個矢量在時間相位上同樣互差120°，這三個大小變化的矢量在坐標軸上能合成一個幅值不變、沿著逆時針方向以恒定角速度旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量，這時，根據(jù)電壓矢量與磁鏈分布的關(guān)系，控制電壓空間矢量的合成效果就能產(chǎn)生對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁通量，所以此過程就可以在電機里得到恒定大小的旋轉(zhuǎn)磁場。假設(shè)為三相相電壓幅值，為電源頻率，有： （2-1）則電壓空間矢量 （2-2）電動機輸入三相定子繞組的電流由逆變器輸出電壓決定，也就是由逆變器三組橋臂的6個開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)決定，每個橋臂開關(guān)分別有0、1兩種狀態(tài)，上開關(guān)開通/下開關(guān)關(guān)斷時為1；下開關(guān)開通/上開關(guān)關(guān)斷取0，橋臂上下開關(guān)不同時導(dǎo)通。三個橋臂所有導(dǎo)通方式總共有八個組合，為了方便研究三相上下橋臂不同的開關(guān)模式下電壓空間電壓矢量的變化，如圖2-1所示，定義開關(guān)函數(shù)：=1；上橋臂導(dǎo)通=0；下橋臂導(dǎo)通、、不同取值的八種組合包括六個非零矢量、、、、、和兩個零矢量、。圖2-1兩電平三相電壓源逆變器原理圖下面以其中一種開關(guān)組合為例分析，假設(shè)=(100)，根據(jù)等效電路圖2-2可知： （2-3）圖2-2開關(guān)狀態(tài)下等效電路圖 （2-4）我們這里采用等幅值變換有： （2-5）由此我們可以推出八種開關(guān)狀態(tài)下分別對應(yīng)的電壓矢量與輸出的電壓參數(shù)：從表2-1中可以清晰看出逆變器輸出的三相線電壓及相電壓的值。電壓利用率是逆變器輸出側(cè)線電壓基波最大值與輸入直流電壓的比值，顯然SVPWM算法在逆變過程中直流電壓利用率為100%。2.3矢量合成法則SVPWM算法中，矢量組合方式取決于伏秒平衡的原則[袁雷等.現(xiàn)代永磁同步電機控制原理及MATLAB仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2016.]，矢量在時間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和、與（）分別在時間、、（T7）內(nèi)產(chǎn)生的積分效果總和的值相同。幅秒平衡原則用公式表達為：袁雷等.現(xiàn)代永磁同步電機控制原理及MATLAB仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2016. （2-6） （2-7）作為零矢量時計算方法一致。電壓空間矢量旋轉(zhuǎn)角速度為，旋轉(zhuǎn)一周所需的時間為。若載波頻率是，則頻率比為。這樣將電壓矢量旋轉(zhuǎn)平面分成個區(qū)域，也就是將電壓矢量每次增加的角度是： （2-8）假設(shè)要合成的電壓矢量在第Ⅰ扇區(qū)中圖2-3所示位置，要用合成，由伏秒平衡原則可得：圖2-3第一扇區(qū)矢量合成示意圖 （2-9） （2-10）又： （2-11） （2-12）分別為和零矢量的作用時間。由圖2-3知： （2-13） （2-14）所以得到： （2-15）令，在此處定義為SVPWM的調(diào)制比，一般，為的幅值，時SVPWM調(diào)制深度最大為：，傳統(tǒng)SPWM輸出最大相電壓峰值是，最大調(diào)制比為1。所以SVPWM的最大調(diào)制比較傳統(tǒng)SPWM高0.15。2.4SVPWM算法模型這六個矢量通過控制逆變器功率半導(dǎo)體元件（Mosfet或者IGBT）來控制開關(guān)切換，這些元件在動作過程中會有能耗產(chǎn)生。如圖2-1所示，六個非零矢量在空間中按照4-6-2-3-1-5這個順序排列，其目的是為了減少開關(guān)器件的動作頻率。為了最大程度的降低開關(guān)熱耗與磨損，每個扇區(qū)矢量的變換與開關(guān)狀態(tài)切換，都應(yīng)該做到每次只變動一個橋臂的開關(guān)，使發(fā)熱量減至最小，功率密度更高。電壓空間矢量主要有兩種矢量合成方式，七段式SVPWM算法與五段式SVPWM算法）。以第一扇區(qū)為例：矢量要從0走到，可以有兩條路徑，可以先沿著方向走，然后沿著方向走，再沿著方向走，最后到達，注意分量作用大小要對稱，不能走完了再走，那樣諧波比較大?；蛘呦妊刂撸笱刂?，最后把走完。唯一的區(qū)別是零矢量的插入方式不同，考慮軟件計算的方便，每個扇區(qū)首發(fā)距離零矢量更近的。每個扇區(qū)的合成方式在2-4a中已經(jīng)表示出來[ /michaelf/article/details/94013805[Z].]。 /michaelf/article/details/94013805[Z].完整的開關(guān)周期內(nèi)，七段式SVPWM算法具有以下特點：開關(guān)動作六次，功率器件發(fā)熱量較大，輸出諧波小。五段式SVPWM算法，又被叫做DPWM。由于DPWM在在一個開關(guān)周期里有四次開關(guān)通斷，中間只有一個等分的零矢量。不同扇區(qū)內(nèi)使零矢量不同扇區(qū)可以選擇不同插入位置，因此現(xiàn)在出現(xiàn)了很多新型的模型設(shè)計，每種模式都對開關(guān)器件的損耗和輸出電壓的諧波含量會造成不同的影響。我們這里研究的五段式合成路徑按照圖2-4a的方式。對于七段式算法而言，矢量切換順序?qū)ΨQ分布，減小了逆變器諧波，缺點是在一個開關(guān)周期開關(guān)狀態(tài)變化了六次，對半導(dǎo)體開關(guān)器件要求較高。而五段式SVPWM在每個開關(guān)減少了兩次切換過程，以諧波含量不變的代價降低了開關(guān)損耗，所以DPWM能適應(yīng)更多半導(dǎo)體開關(guān)的性能。五段式SVPWM的各扇區(qū)相鄰矢量作用時序圖如圖2-4b所示[/view/5420a1125f0e7cd184253632.html[Z]/view/5420a1125f0e7cd184253632.html[Z].SVPWM算法流程[李剛,林明蘭,何軍輝.基于DSP的SVPWM波實時生成方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù).武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院.2001,007:73~李剛,林明蘭,何軍輝.基于DSP的SVPWM波實時生成方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù).武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院.2001,007:73~75.（1）N區(qū)判斷（2）非零矢量作用時間計算（3）矢量切換點計算（4）調(diào)制波與載波比較并輸出PWM信號圖aUUUUUUU圖b圖2-4五段式SVPWM的矢量合成方式3SVPWM算法的數(shù)學(xué)建模3.1參考電壓矢量的扇區(qū)判斷電壓矢量調(diào)制的控制源是矢量控制系統(tǒng)給出的，它以角頻率ω在定子線圈周圍逆時針旋轉(zhuǎn)，當旋轉(zhuǎn)到某個60°扇區(qū)中時，通過計算該區(qū)間所需的電壓矢量分量，并以矢量分量所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)去驅(qū)動對應(yīng)開關(guān)元件動作；當合成電壓矢量在空間旋轉(zhuǎn)360°后，逆變器就會輸出一個周期的正弦波電壓[蘇佳.基于三相鎖相環(huán)和SVPWM的光伏逆變并網(wǎng)仿真研究[D].河北大學(xué),蘇佳.基于三相鎖相環(huán)和SVPWM的光伏逆變并網(wǎng)仿真研究[D].河北大學(xué),2012.因此SVPWM算法首先要確定由和合成的空間電壓矢量所處的扇區(qū)位置。根據(jù)圖2-3并結(jié)合矢量合成的方法的可計算所處扇區(qū)N的充要條件：當落在扇區(qū)=1\*ROMANI時，根據(jù)相鄰矢量與合成電壓矢量的幾何關(guān)系知道： （3-1） （3-2）將式（3-1）代入式(3-2)解得： （3-3）即： （3-4）類推其他扇區(qū)可得：當且時，位于第=2\*ROMANII扇區(qū)； 當且時，位于第=3\*ROMANIII扇區(qū)；當且時，位于第=4\*ROMANIV扇區(qū)；當且時，位于第=5\*ROMANV扇區(qū)；當且時，位于第=6\*ROMANVI扇區(qū)；從表中可求知所在扇區(qū)由、、決定，令： （3-5） （3-6） （3-7）定義三個參考變量、、：當，則，否則；當，則，否則；當，則，否則；令，則可知N與扇區(qū)關(guān)系如下表：表3-1N與扇區(qū)的對應(yīng)關(guān)系3.2矢量作用時間的計算如圖3-1建立兩相靜止坐標系，有，，在下面計算中，表示各矢量的模，表示各自的作用時間，為開關(guān)周期。在第一扇區(qū)： (3-8) (3-9)則： (3-10) (3-11) (3-12)第二扇區(qū)： (3-13) (3-14)解得： (3-15) (3-16) (3-17)其他扇區(qū)與前面兩個算法一致，從計算結(jié)果中可以總結(jié)一定規(guī)律。令： (3-18) (3-19) (3-20)將所有扇區(qū)的矢量作用時間總結(jié)至下表：表3-2各扇區(qū)作用時間3.3切換時間計算圖3-1矢量切換時刻以扇區(qū)=1\*ROMANI為例，上文已經(jīng)確定合成所需的各扇區(qū)兩個相鄰電壓矢量的作用時間，從圖3-1可以得到每個橋臂的切換時間： (3-21)前面已經(jīng)提到，在每個扇區(qū)，我們用矢量三種狀態(tài)作為首先作用的量，所以這里令作為三個非零矢量的作用時間，作為另一個非零矢量作用時間，則： (3-22)三相電壓開關(guān)切換時刻與各扇區(qū)關(guān)系已經(jīng)整理于表3-3：4SVPWM算法的仿真實現(xiàn)4.1SVPWM的Simulink模塊仿真逆變器輸入ABC三相電源時，經(jīng)過clark變換后，生成電壓，送給SVPWM模塊，經(jīng)過SVPWM運算輸出調(diào)制波，將調(diào)制波的占空比乘上輸入直流電壓就能得到輸出電壓。圖4-1SVPWM算法的仿真模型空間矢量旋轉(zhuǎn)一周對應(yīng)的扇區(qū)N值的順序應(yīng)為3→1→5→4→6→2，如圖4-2的仿真結(jié)果與理論相符。圖4-2扇區(qū)N的計算結(jié)果以下是各個計算模塊：實現(xiàn)SVPWM控制算法，首先將三相平面坐標系下的相電壓轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標下的通過clark變換算法框圖，可在Simulink中實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。圖4-3clark變換算法將輸入如下模型，經(jīng)過運算可以確定電壓矢量所在位置對應(yīng)的扇區(qū)。圖4-4N區(qū)判斷根據(jù)、采樣周期及直流側(cè)電壓計算出中間變量。圖4-5中間變量計算非零矢量作用時間

圖4-6非零矢量作用時間計算關(guān)切換時間圖a圖b圖4-7切換點時間計算圖4-8SVPWM仿真模型4.2SVPWM由Simulink模塊仿真的結(jié)果圖4-9切換時間的計算結(jié)果從圖4-9可以看出，一個開關(guān)切換周期為0.02s，圖4-9中顯示出Matlab仿真輸出的調(diào)制波占空比較SPWM技術(shù)的調(diào)制波多出一部分。圖4-10線電壓計算結(jié)果圖4-11相電壓計算結(jié)果在圖4-10和圖4-11中可以看出，輸出電壓與表2-1中所求結(jié)果一致，輸出的線電壓幅值為700V，與輸入的直流母線電壓大小一致，所以可以算出