svpwm逆变器的控制分析与仿真研究

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1、SVPWM逆变器的控制分析与仿真研究【摘要】本文分析了电压空间矢量调制（SVP丽）控制的基本原理，在此基础上将SVP丽和常规SPWM进行了对照和分析。利用MATLAB的Simulink工具箱，建立了SVP丽逆变器的仿真模型，通过与SP丽控制的仿真波形比较结果可知，SVPWM控制算法具有高次谐波次数少和电压利用率高等优点。【关键词】逆变器；SVPWM；MATLAB；仿真0引言电压空间矢量调制（SpaceVectorModulation,SVM）的思想源于交流异步电机变频调速，实现了定子电流的励磁分量与转矩分量之间的解耦，使得矢量控制的交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能

2、够与直流调速系统相媲美。电压空间矢量脉宽调制（SpaceVectorP丽，SVP丽）控制技术，也称为磁链跟踪控制技术，相比正弦脉宽调制（SP丽）而言，SVP丽具有高次谐波少、电压利用率高、线性范围宽和易于数字实现等优点，所以越来越受到人们的重视。借助MATLAB强大的仿真建模能力，在Simulink工具箱中建立了基于SVPWM控制的三相逆变器仿真模型，并进行了仿真实验，通过与SP丽控制的三相逆变器仿真波形比较可知，SVP丽控制方法相比SP丽控制方法的优点是正确的。1SVPWM逆变器的原理1.1电压空间矢量电压空间矢量是研究交流电动机三相电压与电动机旋转磁场关系而提出的虚构物

3、理量1中，A，B，C分别表示在空间静止的电动机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°。三相定子正弦波相电压UAO、UBO、UC0分别加在三相绕组上。可以定义三个定子电压空间矢量uA0.uB0.uC0,使它们的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随着时间按正弦规律脉动。电压和电流是时间变量，并没有空间的概念，但是电动机三相绕组产生的旋转磁场是空间和时间的变量，它的大小和空间位置是随时间变化的，一般以矢量表示。与电机原理中三相脉动磁动势相加后产生旋转磁动势的情况相仿，三相定子电压空间矢量相加的合成空间矢量us是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的2/3倍。电压

4、空间矢量反映了三相电压综合作用的效果，三相电压与电压空间矢量的关系由Park变换来表示：式中，Y=120°，2/3为变换系数。指数项表示了三相绕组的空间位置。按（2）式定义得到的合成矢量us是模长等于交流相电压峰值，以w为角速度匀速旋转的电压矢量。1.2逆变器开关状态与电压空间矢量定义三相上下桥臂的开关函数以SA、SB、SC表示，且令该相上桥臂开关接通时，SA、SB、SC=1;该相下桥臂开关开通时SA、SB、SC=Oo三相逆变器共有8种可能的开关状态，分别是（SA，SB,SC）=（0，1，1），（0，0，1），（1，0，1），（1，0，0），（1，1，0），（0，1，0），

5、（0，0，0）和（1，1，1）。将不同状态下的逆变桥的输出电压的瞬时值uAO、uBO、uCO代入（2）式的Park变换式中，可以得到如图3所示的8个空间矢量VI〜V8，其中VI〜V6称为有效矢量，它们模长相同，空间上依次相差60°。开关状态000和111，即下桥臂开关VT4、VT6、VT2或上桥臂VT1、VT3、VT5同时导通，它们的模长为零，称为零矢量。如图3所示，旋转矢量us在A、B、C三向轴上的瞬时投影就是uAO、uBO、uCOo1.3SVPWM调制原理SVPWM的基本原理：在每一个采样周期内利用若干个基本电压矢量合成任意给定的参考电压矢量。如图3,可把逆变器的一个工

6、作周期用6个电压空间矢量分成6个区域，称为扇区（Sector），如图所示的I、II、…、VI，每个扇区对应时间均为ir/3。按平行四边形原则，利用这8个基本向量可以合成任意角度和模长的等效合成矢量，如图4所示。4电压空间矢量的线性组合零矢量虽然不产生输出电压，但可以填补有效矢量作用时间得不足部分。实际上每一个状态相当于SVP丽电压波形中的一个脉冲波。为使波形对称，把每个状态的作用时间一分为二，这样可以在调控输出电压基波大小的同时减少输出电压中的谐波。US可由VI、V2和零矢量合成得到，作用时间为T0/2（为采样时间）。合成满足：式中tl，t2为矢量VI，V2在开关周期中的持

7、续时间，tO/7为零矢量V0/7的持续时间，TO为PWM开关周期，则令VI与V2间的夹角为e，由正弦定理计算得：线性约束调制时的约束条件为：2SVPWM逆变器的控制仿真2.1三相PWM信号的生成原理上讲，合成矢量满足（3）式，输出电压基波都是相同的。一般来讲，通过合理安排矢量排序，可使在一次矢量合成过程中，各桥臂仅动作一次。该文中采用周期和幅值均为TO的三角波为载波，零矢量的作用时间由V0和V7均分，可得出三相冊M波，即为IGBT的PWM波，如图5所示，并显示了扇区VI里，合成时有效矢量和零矢量的作用顺序。5扇区矢