矢量控制的三相逆变器的建模与仿真分析

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1、矢量控制的三相逆变器的建模及应用仿真摘要电压空间矢量脉宽调制（SPACEVECTORPULSEWIDTHMODULATION，简写为SVPWM）作为一种新型的矢量控制技术，具有电压利用率高、输出谐波少、控制方法简单等优点，成为近几年来国内外研究的热点。本文首先介绍了电压空间矢量脉宽调制技术的发展趋势，并详细分析了三相逆变器原理、SVPWM技术原理和算法实现，最后在MATLAB10上实现了SVPWM的仿真。实验结果表明，SVPWM优化谐波程度比较高，消除谐波效果要比SPWM好，实现容易，并且可以提高电压利用率，在获得相同的输出电压波形质

2、量的情况下，开关器件的工作频率也低一些，开关损耗也要小一些。关键字：矢量控制，SVPWM，MATLAB　151电压空间矢量脉宽调制技术发展概述80年代中期，德国学者H.W.VANDERBROEK等在交流电机调速中提出了磁链轨迹控制的思想，在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量脉宽调制的概念。SVPWM，又称磁链追踪型PWM法，它是从电动机的角度出发，其着眼点是如何使电机获得圆磁场。具体地说，它是以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，在追踪的过程中，

3、逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。SVPWM技术是一种新型的变频调速技术，也是近几年国内研究的热点，理论分析和实验表明SVPWM调制具有脉动转矩小、噪音低，直流电压利用率高（比普通的SPWM调制约高15%)的优点，并且，由于SVPWM有多种调制方式，所以SVPWM控制方式可以通过改变其调制方式来减少逆变器功率器件开关次数，从而降低功率器件的开关损耗，提高控制性能。在同样的采样频率下，采用开关损耗模式SVPWM法的逆变器的功率器件开关次数比采用常规SVPWM法逆变器的功率器件开关次数减少了1/3，大大降低了功率器件的开关损

4、耗。实质上SVPWM是一种基于空间矢量在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变形SPWM，是具有更低的开关损耗的SPWM改进型方法，是一种优化的PWM方法，能明显减少逆变器输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，且SVPWM其物理概念清晰，控制算法简单，数字化实现非常方便，故目前有替代传统SPWM法的趋势。152三相逆变器原理逆变器又称逆变电源，是一种电源转换装置，可将直流电转换成不同类型的交流电。它输出的交流电可用于各类设备，最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。有了逆变器，就可利用直流电（蓄电池、开

5、关电源、燃料电池等）转换成交流电为电器提供稳定可靠得用电保障，如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等；逆变器还可与发电机配套使用，能有效地节约燃料、减少噪音；在风能、太阳能领域，逆变器更是必不可少。小型逆变器还可利用汽车、轮船、便携供电设备，在野外提供交流电源。逆变器有着广泛的用途，它可用于各类交通工具，如汽车、各类舰船以及飞行器，在太阳能及风能发电领域，逆变器有着不可替代的作用。依据直流电源的类型，可将逆变器分为电压型逆变器和电流型逆变器。逆变器的输出可以做成任意相，实际应用中多以一相和三相为主。图1为三相电压型逆变器

6、的原理图。图1三相电压型逆变器的原理图定义开关量a，b，c和a'，b'，c'表示6个功率开关管的开关状态。当a，b或c为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a'，b'或c'为0)；反之，当a，b或c为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a'，b'或c'为1)。由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。153SVPWM技术原理空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation)，实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变

7、器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合，这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。实践和理论证明，与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比，SVPWM的优点主要有：(1)SVPWM优化谐波程度比较高，消除谐波效果要比SPWM好，实现容易，并且可以提高电压利用率。(2)SVPWM比较适合于数字化控制系统。目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势，所以逆变器中采用SVPWM应是优先的选择。对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为：其中Um为相电压的幅值，ω=2πf为相电压的角

8、频率。图2为三相电压的向量图，在该平面上形成一个复平面，复平面的实轴与A相电压向量重合，虚轴超前实轴，分别标识为Re、Im。在这个复平面上，定义三相相电压ua、ub、uc合成的电压空间矢量为：图2电压空间矢量15对于电压