基于Matlab_simulink的SVPWM仿真实现

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1、第6期耿翠红等．基于Matlab/simulink的SVPWM仿真实现707基于Matlab/simulink的SVPWM仿真实现耿翠红曹以龙(上海电力学院电气工程学院，上海200090)摘要主要介绍了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理及其数字化实现的方法步骤，并以永磁同步电机(PMSM)为应用对象，在Matlab/simulink环境下建立了仿真模型，通过仿真结果验证了该方法的有效性。关键词SVPWM逆变器永磁同步电机Matlab/simulink中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000-3932(2014)

2、06-0707-05随着计算机控制技术与电力电子技术的发展，空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术越来越被广［1］泛地应用于交流变频调速系统中。SVPWM是通过控制三相功率逆变器的6个IGBT的不同开关模式产生PWM波，使逆变器的输出电流近似于理想的三相对称正弦电流。不同于传统的正弦脉宽调制(SPWM)方法，SVPWM着眼于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相正弦电压源供电时形成图1三相电压源逆变器结构示意图［2］的基准磁链圆。因此，SVPWM通常也称为磁根据空间矢量原理便可得到8个基本电压矢链跟踪控制技术。此外，与SPWM相比较，S

3、VP-量的大小和位置(图2)。WM控制策略可有效降低电机的转矩脉动，提高系统的动静态性能，增加直流电压的利用率，且更［3］易于实现数字化。笔者主要介绍SVPWM的基本原理及其控制算法，并以永磁同步电机(PMSM)为应用对象，在Matlab/simulink环境下建立了系统的仿真模型，验证该方法的正确性和有效性。1SVPWM基本原理①电流整流后经逆变电路输出PWM波进行控制，图1为三相电压源逆变电路的拓扑结构。将逆变器三相桥臂上的6个IGBT看作理想开关，同图2基本矢量分布［4］一桥臂上的上、下两个开关管互锁。为方便研经计算可

4、知，6个基本空间矢量的模长相同，究，定义开关量Sx(x=a、b、c)，并规定当Sx=1都为2Vdc/3。空间矢量就是利用上述8个空间矢［5］时，上桥臂导通;当Sx=0时，下桥臂导通。量等效合成每个扇区中任意的参考电压矢量显然，(Sa、Sb、Sc)将产生8种不同的组合，包［7］Uref。为得到所需脉冲的宽度，需要知道相邻两括6个有效矢量:U1(001)、U2(010)、U3(01［8］个基本矢量的作用时间T1、T2。1)、U4(100)、U5(101)、U6(110)和两个零矢［6］量U0(000)、U7(111)。①收稿日期

5、:2014-04-25(修改稿)708化工自动化及仪表第41卷2SVPWM的实现方法间，为方便求解，可定义:根据SVPWM原理，可将SVPWM的实现步骤TsX=槡3V为:U所在扇区判断;基本矢量作用时间计算;矢Vβrefdc量切换点的计算和PWM波的形成。Y=Ts槡3V+槡3V(4)V(2β2α)2．1扇区的判断dc分析参考电压矢量Uref在6个不同扇区时所Z=Ts槡3V－槡3VV(2β2α)dc需的条件，可发现:Uβ、槡3Uα－Uβ、－槡3Uα－Uβ的［12］规律，以3式即可决定U属于哪个扇区［9］。为则对于不同扇区的T1

6、、T2可按表2取值。ref［6］描述方便，引入辅助量U1、U2、U3，并令:ìU1=Uβ表2矢量作用时间与所在扇区的关系ïï槡3Uβ扇区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥU2=Uα－(1)í22T1ZY－Z－XX－YïUï槡3βTY－XXZ－Y－ZU3=－U－2î2α2设定:2．3矢量切换点的计算U1＞0，A=1{U1≤0，A=0对于矢量切换点的计算，以第Ⅰ扇区7段式U2＞0，B=1SVPWM为例，由其三相PWM调制模式图(图3){U2≤0，B=0可以得到其矢量切换点:T01=T－T1－T2/4、T02=U3＞0，C=1T01+T1/2、T03=

7、T02+T2/2。其他扇区同理可得，{U3≤0，C=0整理结果见表3。其中，Tcm1、Tcm2、Tcm3为晶闸管的［13］则可能的组合共有6种。令N=A+2B+切换时间。4C，Uref所在扇区便可由N的取值确定，其对应关系见1。表1Uref所在扇区与N值的关系N123456扇区ⅡⅥⅠⅣⅢⅤ2．2基本矢量作用时间计算以Uref在第Ⅰ扇区时为例进行分析，根据图2［10］可得:图3第一扇区三相PWM调制模式πVαTs=T4

8、V4

9、+T6

10、V6

11、cos3表3矢量切换点与其对应扇区的关系(2){πVβTs=T6

12、V6

13、sin3扇区ⅠⅡ

14、ⅢⅣⅤⅥ其中Ts为采样周期，T4、T6分别为空间矢量Tcm1T02T01T01T03T03T02［11］V4、V6的作用时间。求解可得:Tcm2T01T03T02T02T01T03ìT=槡3Ts槡3VαVβTcm3T03T02T03T01T02T01ï4V(2－2)dcïïíT=槡3VβT