三相VSR的空间矢量控制.doc

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1、4三相VSR的空间矢量控制4.1三相VSR空间矢量PWM控制的基本原理20世纪70～80年代期间，为了对交流电机负载进行控制，德国的FelixBlaschke等人提出了矢量变换控制的方法，将三相交流电机系统通过矢量变换，转换至两相坐标系中进行控制,从而在不高的开关频率（1～3kHz）条件下,提高了电压型逆变器的电压利用率和电动机的动态性能。空间矢量PWM（SVPWM）控制策略是依据变流器空间电压矢量的切换来控制变流器的一种新颖的控制策略。如果抛开磁场定向控制中所包含的关于电机的物理概念，那么这种控制方式实际上是一种将三相系统的

2、电压统一考虑，并转换至两相系统中进行研究的方法。其实现方式和电机模型没有本质上的联系，因此将其移植到三相非电机负载可逆整流器的控制中，控制效果不会受到影响。SVPWM控制方式，实质上是一种不同于规则采样方式的脉宽调制波产生方式，其最大特点体现在对三相系统的统一表达和控制，以及对幅值和相位的同时控制。PWM整流器控制的关键就是确定六个开关管的开通状态和时间，其状态必须满足在同一时间只有三个开关管处于导通状态，另三个开关管处于判断状态；同一桥臂上下两个管子处于互补状态，避免上下桥臂直通。空间矢量算法就是根据整流器交流侧所需的确定开

3、关管的工作状态。4．2三相VSR空间电压矢量分布三相VSR空间电压矢量描述了三相VSR交流侧相电压(、、)在复平面上的空间分布，易得：(4-1)(4-2)(4-3)将种开关函数组合代入上面的式子即得到相应的三相VSR交流侧电压值，如下表所示：表4-1不同开关组合时的电压值SaSbSc000000001010011100101110111000分析上表可以得到，三相VSR不同开关组合时的交流侧电压可以用一个模为2vdc/3的空间电压矢量在复平面上表示出来：（）（4-4）由于三相VSR开关的有限组合，因而其空间电压矢量只有条，如图

4、（4-1）所示，其中(0,0,0)、(1,1,1)由于模为零而称为“零矢量”。显然，某一开关组合就对应一条空间矢量，该开关组合时的、、即为该空间矢量在三轴(a、b、c)上的投影。对于任意给定的三相基波电压、、，若考虑三相平衡系统，即，则可在复平面内定义电压空间矢量(4-5)图4-1三相VSR空间电压矢量分布式（4-5）表明：如果、、是角频率为ω的三相对称正弦波电压，那么矢量V既为模为相电压峰值，且以角频率ω按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量V在三相坐标轴（a,b,c）上的投影就是对称的三相正弦量。实际上，对于对称的三相

5、VSR拓扑结构，有(4-6)4.3SVPWM整流器的控制算法按照传统的SVPWM计算方法，如图4-2所示，、为空间矢量在轴上的坐标值，。通常情况下，由确定在空间矢量上的角度，进而通过反正切函数及正弦函数求出矢量作用的时间、。DSP进行的数字算法难以用传统方法计算电压空间矢量的位置和作用时间，因为反正切计算复杂，若采用查表法又会浪费较大的空间。本文采用的是一种电压空间矢量的简单算法，可直接采用参考电压来判断扇区和作用时间。图4-2在坐标系的分布4.3.1扇区的确定根据空间电压矢量在坐标系（，）的分量，定义3个参考量A、B、C分别

6、为（4-7）定义函数：（4-8）根据式计算得到系数N，N与所属扇区的关系如表3.1所示。表4-2N与各扇区的对应关系表N315462所属扇区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ4.3.2矢量作用时间的确定三相VSR空间电压矢量共有8条，除2条零矢量外，其余6条非零矢量对称均匀分布在复平面上。对于任一给定的空间电压矢量，均可由8条三相VSR空间电压矢量合成，如图所示。图4-3空间电压矢量分区及合成上图中，6条模为的空间电压矢量将复平面均分成六个扇形区域I-VI，对于任一扇形区域中的电压矢量，均可由该扇形区两边的VSR空间电压矢量来合成。如果在复平面上匀

7、速旋转，就对应得到了三相对称的正弦量。实际上，由于开关频率和矢量组合的限制，的合成矢量只能以某一步进速度旋转，从而使矢量端点运动轨迹为一多边形准圆轨迹。显然，PWM开关频率越高，多边形准圆轨迹就越接近圆。若在I区时，则可由，和合成，依据平行四边形法则，有(4-9)式中、——、矢量在一个开关周期中的持续时间；——PWM开关周期令零矢量V0.7的持续时间为，则(4-10）令与间的夹角为，由正弦定律算得(4-11)又因为││=││=,则联立上面两式子，易得　　　　　　(4-12)　　　　　式中m——SVPWM调制系数，并且(4-13

8、)对于零矢量的选择，主要考虑或应使开关状态变化尽可能少，以降低开关损耗。在一个开关周期中，令零矢量插入时间为，若其中插入的时间为=，则插入的时间则为=（1-）,其中0≤k<1。实际上，对于三相VSR某一给定的电压空间矢量，常有以下几种合成方法，以下讨论均考虑在VSR空间矢量区