空间矢量脉宽调制技术的算法及其仿真研究

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1、第25卷第8期电力科学与工程Vo1．25，No．8Aug．，200952009年8月ElectricPowerScienceandEngineering空间矢量脉宽调制技术的算法及其仿真研究曾聪，刘涤尘(武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072)摘要：在分析空间矢量脉宽调制(SVPWM)机理的基础上，详细推导了SVPWM算法，对传统算法进行了等效简化并在原有算法的基础考虑了扇区过渡舜口过调制两种特殊情况，使算法得以优化和完善。基于改进后的SVPWM算法，在Matlab／Simulink环境下建立了

2、SVPWM控制的三相电压型逆变器模型，通过改变算法中的某个系数实现了连续调制和不连续调制方式，仿真结果证明了改进后算法的正确性。最后提出了一种可以使开关损耗降低约50％的不连续调制策略。关键词：空间矢量；脉宽调制；仿真中图分类号：TM301．2文献标识码：A关模式。若用数字“0”表示开关管关闭状态，“1”0引言表示开通状态，则这8种开关模式可用8个开关相量表示，分别为“000，O01，010，⋯⋯，110，近年来，空间矢量脉宽调制(SpaceVector1l1”。对应的8个电压空间矢量如图1所示。P

3、ulsewidthModulation，简称SVPWM)技术在交流传动系统中得到了广泛的应用。传统的正弦脉(010)宽调制(SPWM)技术直流电压利用率低，谐波成分较大，且不易于数字化实现。空间矢量脉宽调／／(1l1)＼制技术基于磁链轨迹控制原理，是一种优化了的一PWM控制技术，和传统的SPWM法相比，不但具有直流电压利用率高(比传统的SPWM法提高了15．47％)，输出谐波少，开关损耗小等优点，而(001)(101)且易于实现数字化n】。图1电压空间矢量图本文首先介绍了电压空间矢量PWM的基本原图

4、1中空间矢量～为有效电压矢量，幅值理，在深入分析机理的基础上详细推导并改进了相等，相位互差x／3电角度，将复平面分成了6个SVPWM算法，然后在Matlab／Simulink环境下通扇区I～VI：空间矢量和由于幅值为零而称为过利用功能模块和编写s函数相结合的方法实现了零矢量，位于复平面的中心。为了便于研究，将三该算法。相口一b—c坐标系转换到两相仅一坐标系。图l中，。称为参考电压矢量。由于开关频1空间矢量脉宽调制原理率和逆变器实际所能产生的矢量(有效矢量和零矢量)有限，不可能输出角度连续变化的空间矢

5、量，三相电压型逆变器(VSI)共有6个功率开关而矢量只能以某一步进速度旋转胆。为获得旋转的管，当逆变桥上半部分的一个开关管开通时，其下空间矢量，只有利用各矢量作用不同的时间来等效半部分相对的功率开关管将被关闭，反之亦然。因地合成所需的矢量。以扇区I为例，用。占相邻而，三相电压型逆变器实际上只有8(28)种开收稿日期：2009—03—10．作者简介：曾聪(1986一)，女，武汉大学电气工程学院硕士研究生6电力科学与工程2009焦的两个有效矢量，和零矢量(Vo或)，按照伏秒平衡原则去等效合成参考矢量。r

6、。于是有：。f=++(1)式中，，分别是矢量，，的作用时间，为采样周期。该式的意义在于矢量在时间内所产生的积分效果和，，分别作用，，时间的积分效果相同。l+枷os60o㈤2SVPWM算法【=鲁sin60。一ITv~-‘2(5)【=√／。X=,fi~r．／Vd。弓】／(6)z=一引。表2各扇区基本空间矢量作用时间扇区号ⅣIIIⅡIⅣVⅥ2．2．1扇区过渡处理扇区过渡，就是要求产生的参考电压矢量位于相邻扇区边界的情况H】。总结一下可以发现以下三种产生错误的情况：(1)计算除法时，算法和截断误差导致参考电

7、压矢量所处实际扇区被判断为相邻的扇区；因此，就按照相邻扇区的两个电压矢量进行分解。(2)实际计算出来的电压矢量。r的分量，表1扇区判断结果S值315462有一定偏差。扇区号NIIIIⅡⅣVⅥ(3)实际电压矢量。所在扇区被误判为相邻的扇区，因此由。计算得到的结果也落在这个误2．2相邻电压空间矢量作用时间计算判的扇区内。从物理意义上理解，就是原来要求产以扇区I为例，选择与。湘邻的两个有效电压生的电压矢量被新合成的电压矢量所代替了。这种空间矢量，和零矢量(或)去等效合成纯粹由算法误差导致的偏差是可以容许的

8、。r，现确定各矢量分别作用的时间，，。第8期曾聪，等空间矢量脉宽调制技术的算法及其仿真研究7从扇区过渡问题分析的结果看，第3种情况不式中，分别为零矢量(000)和(111)的在讨论之列。对于前面两种情况，在计算过程中都作用时间，“为比例系数。会出现导通时间小于0的情况。因此，需要对后两l=／2种情况做处理经分析，对原有的算法做如下校正：令：{=+(／2)(9)if(Tt<0){=0；=I"2一I／2I)else=；【=+(／2)再根据各个空间矢量所对应的逆变器开关状态