精品資料（2021-2022年收藏）兩電平電壓源逆變器空間矢量調(diào)制方案

1、任務(wù)2：兩電平電壓源逆變器空間矢量調(diào)制方案周樂(lè)明 學(xué)號(hào)：S11092064 電氣2班摘要提出了三相兩電平逆變器的空間矢量調(diào)制方法，詳細(xì)討論了兩 電平逆變器的工作原理及空間矢量調(diào)制的基本原理，并給出一個(gè)具體的仿真實(shí)例，通過(guò)仿真 ，可以得出實(shí)際運(yùn)行中的電壓、電流的波形，而且在文中給出了實(shí)例的電路原理圖，使得對(duì) 于空間矢量調(diào)制的原理得以更加清楚的認(rèn)識(shí)。1. 兩電平電壓源逆變器空間矢量調(diào)制1.1 結(jié)構(gòu)試圖三相電壓型逆變器電路原理圖如圖2.1所示。定義開(kāi)關(guān)量a，b，c和a'，b'，c'表示6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)a，b或c為1時(shí)，逆變橋的上橋臂開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，其下橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷(

2、即a'，b'或c'為0)；反之，當(dāng)a，b或c為0時(shí)，上橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷而下橋臂開(kāi)關(guān)管開(kāi)通(即a'，b'或c'為1)。由于同一橋臂上下開(kāi)關(guān)管不能同時(shí)導(dǎo)通，則上述的逆變器三路逆變橋的組態(tài)一共有8種。對(duì)于不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合(abc)，可以得到8個(gè)基本電壓空間矢量。各矢量為： (2-1)則相電壓Van、Vbn、Vcn，線電壓Vab、Vbc、Vca以及的值如下表2-1所示（其中Udc為直流母線電壓）。圖2.1 三相電壓型逆變器原理圖表2-1 開(kāi)關(guān)組態(tài)與電壓的關(guān)系abcVanVbnVcnVabVbcVca00000000001002Udc/3-Udc/3-Ud

3、c/3Udc0-Udc010-Udc/32Udc/3-Udc/3-UdcUdc0110Udc/3Udc/3-2Udc/30Udc-Udc001-Udc/3-Udc/32Udc/30-UdcUdc101Udc/3-2Udc/3Udc/3Udc-Udc0011-2Udc/3Udc/3Udc/3-Udc0Udc1110000000可以看出，在8種組合電壓空間矢量中，有2個(gè)零電壓空間矢量，6個(gè)非零電壓空間矢量。將8種組合的基本空間電壓矢量映射至圖2.11所示的復(fù)平面，即可以得到如圖2.13所示的電壓空間矢量圖。它們將復(fù)平面分成了6個(gè)區(qū)，稱之為扇區(qū)。圖2.2 電壓空間矢量與對(duì)應(yīng)的（abc）示意圖1.2S

4、VPWM算法實(shí)現(xiàn)SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期TPWM內(nèi)通過(guò)對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。本文采用電壓矢量合成法實(shí)現(xiàn)SVPWM。如上圖2.2所示，在某個(gè)時(shí)刻，電壓空間矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量(和)和零矢量()在時(shí)間上的不同組合來(lái)得到。先作用的稱為主矢量，后作用的稱為輔矢量，作用的時(shí)間分別為TK和TK+1，作用時(shí)間為To。以扇區(qū)I為例，空間矢量合成示意圖如圖2.3所示。根據(jù)平衡等效原則可以得到下式： (2-2) (2-3) (2-4)式中，T1，T2，T0分別為，和零矢量和的作用時(shí)間，為合成矢量與主矢量的夾角。圖2

5、.3電壓空間矢量合成示意圖要合成所需的電壓空間矢量，需要計(jì)算T1，T2，T0，由圖2.14可以得到： (2-5)將式(2-29)及2Udc/3和=Um代入式(2-30)中，可以得到： (2-6)取SVPWM調(diào)制深度，在SVPWM調(diào)制中，要使得合成矢量在線性區(qū)域內(nèi)調(diào)制，則要滿足，即。由此可知，在SVPWM調(diào)制中，調(diào)制深度最大值可以達(dá)到1.1547，比SPWM調(diào)制最高所能達(dá)到的調(diào)制深度1高出0.1547，這使其直流母線電壓利用率更高，也是SVPWM控制算法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。(1) 判斷電壓空間矢量Uout所在的扇區(qū)判斷電壓空間矢量Uout所在扇區(qū)的目的是確定本開(kāi)關(guān)周期所使用的基本電壓空間矢量。用U和

6、U表示參考電壓矢量Uout在、軸上的分量，定義Uref1，Uref2，Uref3三個(gè)變量，令： (2-7)再定義三個(gè)變量A，B，C通過(guò)分析可以得出：若Uref1>0，則A=1，否則A=0；若Uref2>0，則B=1，否則B=0；若Uref3>0，則C=1，否則C=0。令N=4*C+2*B+A，則可以得到N與扇區(qū)的關(guān)系，通過(guò)下表2-2得出Uout所在的扇區(qū)(如圖2.2)。表2-2 N與扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table2-2 The corresponding relationship between N and sectorN315462扇區(qū)(2) 確定各扇區(qū)相鄰兩非零矢量和零矢量作用

7、時(shí)間由圖2.14可以得出： (2-8)則上式可以得出： (2-9)同理，以此類推可以得出其它扇區(qū)各矢量的作用時(shí)間，可以令： (2-10)可以得到各個(gè)扇區(qū)T1、T2、T0作用的時(shí)間如下表2-3所示。表2-3 各扇區(qū)T1、T2、T0作用時(shí)間Table2-3 The effect time of T1、T2、T0 every sectorN123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT0TPWMTs-T1-T2如果當(dāng)T1+T2>TPWM，必須進(jìn)行過(guò)調(diào)制處理，則令: (2-11)(3) 確定各扇區(qū)矢量切換點(diǎn)定義： (2-12)三相電壓開(kāi)關(guān)時(shí)間切換點(diǎn)Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3與

8、各扇區(qū)的關(guān)系如下表2-4所示。表2-4 各扇區(qū)時(shí)間切換點(diǎn)Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3Table2-4 The switching time of Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3 every sectorN123456Tcmp1TbTaTaTcTcTbTcmp2TaTcTbTbTaTcTcmp3TcTbTcTaTbTa為了限制開(kāi)關(guān)頻率，減少開(kāi)關(guān)損耗，必須合理選擇零矢量000和零矢量111，使變流器開(kāi)關(guān)狀態(tài)每次只變化一次。假設(shè)零矢量000和零矢量111在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中作用時(shí)間相同，生成的是對(duì)稱PWM波形，再把每個(gè)基本空間電壓矢量作用時(shí)間一分為二。例如圖1-4所示的扇區(qū)I，逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)編

9、碼序列為000，100，110，111，110，100，000，將三角波周期TPWM作為定時(shí)周期，與切換點(diǎn)Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3比較，從而調(diào)制出SVPWM波，其輸出波形如圖2.15所示。同理，可以得到其它扇區(qū)的波形圖。圖2.4 扇區(qū)I內(nèi)三相PWM調(diào)制方式1.3參數(shù)計(jì)算基準(zhǔn)相電壓V基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)阻抗V/A又功率因素為0.95，有設(shè)基準(zhǔn)電阻為X，基準(zhǔn)電抗為Y則有因此線路總漏電感其中=5883V2.simulink仿真得到的波形其中a）為VAB的波形，b）為iA的波形，c）為VAB的THD，d)為iA的THDa)b)c)d)圖A ma=0.4 f=30HZa)b)c)d)圖B ma=0.4 f=60HZa)b)c)d)圖C ma=0.8，f=60HZa)b)c)d)圖 D ma=0.8，f=30HZ3.結(jié)論1. VAB的波形并非半波對(duì)稱，它包含有奇次諧波和偶次諧波。2. 由于負(fù)載電感的濾波效果，iA的THD遠(yuǎn)小于VAB的THD，這是由于收到了負(fù)載電感濾波的影響。3. 電壓和電流的諧波以邊帶形式出現(xiàn)，采樣頻率及倍頻為中心分布在兩邊。4. 幾波電壓與調(diào)制因素成正比5. VAB的THD睡著ma的增加而減小。6