三相SVPWM逆變電路MATLAB仿真

1、基于電壓空間矢量控制的三相逆變器的研究1、SVPWM逆變電路的基本原理及控制算法 圖1.1中所示的三相逆變器有6個(gè)開關(guān)，其中每個(gè)橋臂上的開關(guān)工作在互補(bǔ)狀態(tài)， 三相橋臂的上下開關(guān)模式得到八個(gè)電壓矢量，包括6個(gè)非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)和兩個(gè)零矢量 (000)、(111).圖1.-1 三相橋式電壓型有源逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在平面上繪出不同的開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓矢量，如圖1.2所示。由于逆變器能夠產(chǎn)生的電壓矢量只有8個(gè)，對(duì)與任意給定的參考電壓矢量，都可以運(yùn)用這8個(gè)已知的參考電壓矢量來控制逆變器開關(guān)來合成。圖1.2 空間電壓矢量分區(qū)圖1.2中，當(dāng)參考電壓矢量

2、在1扇區(qū)時(shí)，用1扇區(qū)對(duì)應(yīng)的三個(gè)空間矢量、來等效參考電壓矢量。若1.2 合成矢量所處扇區(qū)N的判斷三相坐標(biāo)變換到兩相坐標(biāo)： （1.1）根據(jù)、的正負(fù)及大小關(guān)系就很容易判斷參考電壓矢量所處的扇區(qū)位置。如表1.1所示。表1.1 參考電壓矢量扇區(qū)位置的判斷條件判斷條件00N135624可以發(fā)現(xiàn)，扇區(qū)的位置是與、 及的正負(fù)有關(guān)。為判斷方便，我們?cè)O(shè)空間電壓矢量所在的扇區(qū)NN=A+2B+3C （1.2）其中，如果 0，那么A=1,否則A=0如果 0，那么B=1,否則B=0如果 0，那么C=1,否則C=01.3 每個(gè)扇區(qū)中基本矢量作用時(shí)間的計(jì)算在確定參考電壓矢量的扇區(qū)位置后，根據(jù)伏秒特性等效原理，采用該扇區(qū)三個(gè)頂

3、點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的三個(gè)電壓空間矢量來逼近參考電壓矢量。以參考電壓矢量位于3扇區(qū)為例，如圖1.3所示，參考電壓與的夾角為。圖1.3 電壓空間矢量合成示意圖根據(jù)伏秒特性等效原理算出 （1.3）開關(guān)周期與未必相等，其間隙時(shí)間可用零矢量或來填補(bǔ)。引入通用變量X，Y，Z （1.4）根據(jù)前面確定的扇區(qū)標(biāo)號(hào)N，可得到空間矢量所處的扇區(qū)與兩個(gè)邊界矢量、作用時(shí)間的關(guān)系，如表1.2所示表1.2 扇區(qū)編號(hào)與計(jì)算時(shí)間的關(guān)系N123456ZY-Z-XX-YY-XXZ-Y-Z當(dāng)+時(shí)，達(dá)到飽和狀態(tài)就要對(duì)矢量作用時(shí)間應(yīng)作出限制。、做如下修正： （1.5） 電壓空間矢量切換點(diǎn)的計(jì)算計(jì)算出相鄰兩個(gè)空間電壓矢量的作用時(shí)間后，則應(yīng)確定每個(gè)空

4、間電壓矢量開始作用的時(shí)刻，以第3扇區(qū)為例，其所產(chǎn)生的三相波調(diào)制波形在時(shí)間時(shí)段中如圖2.5所示。采用七段式空間矢量合成方式，每個(gè)扇區(qū)的合成矢量均以零矢量(000)開始和結(jié)束，中間用零矢量（111）, 其余時(shí)間有效矢量合理安排。如圖1.4所示。圖1.4 基本電壓矢量分配將零矢量周期分成三段，其中矢量的起、終點(diǎn)上均勻分布矢量，而在矢量中點(diǎn)處分布矢量，且。電壓向量出現(xiàn)的先后順序?yàn)?、，各電壓向量的三相波形則與開關(guān)表示符號(hào)相對(duì)應(yīng)。矢量的切換點(diǎn)為： （1.6）假設(shè)零矢量（000）和零矢量（111）在一個(gè)開關(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。其它各扇區(qū)的開

5、關(guān)切換順序同理，如表1.3所示。表1.3 各扇區(qū)時(shí)間切換點(diǎn)N123456TaTbTaTaTcTcTbTbTaTcTbTbTaTcTcTcTbTcTaTbTa載波為等腰三角波，且寬為開關(guān)周期，這樣通過三角載波調(diào)制產(chǎn)生PWM信號(hào)去控制逆變器的三相開關(guān)做出相應(yīng)的動(dòng)作，使之產(chǎn)生的輸出電壓跟隨參考電壓，達(dá)到了逆變的目的。2 SVPWM控制三相有源逆變的Matlab仿真2.1 SVPWM控制算法的仿真實(shí)現(xiàn)利用Simulink環(huán)境下的豐富模型，可以很方便的實(shí)現(xiàn)上一節(jié)所述的SVPWM控制算法。實(shí)現(xiàn)SVPWM算法的各個(gè)子系統(tǒng)模型如下所示：1）將三相靜止坐標(biāo)系（，）中的、轉(zhuǎn)換成兩相垂直靜止坐標(biāo)系（，）中的、。在S

6、imulink中，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2.1所示：圖2.1 、轉(zhuǎn)換成、模型框圖2）計(jì)算參考電壓矢量所處的扇區(qū)。根據(jù)和的關(guān)系判斷參考電壓矢量所在的扇區(qū)Sn，只需要經(jīng)過簡(jiǎn)單的加減及邏輯運(yùn)算即可確定其所在的扇區(qū)。在Simulink中，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2.2所示：圖2.2 參考電壓矢量所處扇區(qū)判斷模型框圖3）產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形。將三角載波周期作為定時(shí)器周期，與切換點(diǎn)，比較，從而調(diào)制出SVPWM波形，其仿真模塊如圖2.3所示：圖2.3 驅(qū)動(dòng)模型PWM產(chǎn)生模型框圖以上給出了在Simulink中實(shí)現(xiàn)SVPWM控制算法的各個(gè)子系統(tǒng)的框圖，而圖2.4為實(shí)時(shí)產(chǎn)生SVPWM波形并控制開關(guān)管的開關(guān)來達(dá)到逆變效果的整個(gè)仿真框圖。給定

7、采樣周期和直流母線電壓，參考電壓矢量在A，B，C軸系下的分量由三相對(duì)稱正弦電壓，提供，輸出脈沖即為實(shí)時(shí)產(chǎn)生的SVPWM波。圖2.4逆變模型總框圖2.2 SVPWM控制算法仿真結(jié)果及分析逆變器輸入的直流電等效為 Udc=800V，接到使用IGBT的三相橋式逆變電路上；利用脈沖信號(hào)生成模塊發(fā)出的六路PWM信號(hào)對(duì)逆變橋路六個(gè)功率開關(guān)管進(jìn)行 PWM控制；從逆變橋路輸出三相電壓經(jīng)過三對(duì)L和C構(gòu)成的低通濾波器及電抗器構(gòu)成整個(gè)逆變回路。其中L=15mH，C=45pF，R=10。仿真中，開關(guān)頻率20K，離散采樣時(shí)間設(shè)為1e-006 秒，仿真時(shí)間定為0.5秒，步長(zhǎng)選為系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定值，仿真求解器設(shè)為可變步長(zhǎng)離散型

8、求解器。仿真測(cè)量結(jié)果如下：1）圖2.5為給定的三相正弦電壓波形，ABC三相互差120度，220V。圖2.5 給定的三相正弦電壓波形2）圖2.6為參考電壓矢量所處的扇區(qū)。從圖中可以看出扇區(qū)的選擇順序?yàn)?，5，4，3，2，1，。圖2.6 扇區(qū)選擇圖3）圖2.7為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的A相電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的相電壓為正弦波形，電壓峰值為257V。圖2.7 逆變后A相的電壓波形4）圖2.8為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的線電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的線電壓為正弦波形，電壓峰值為445V。圖2.8 逆變后線電壓波形6）圖2.9為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變

9、得到的三相電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的三相電壓為正弦波形，三相波形互差120度，電壓峰值為257V。圖2.9 逆變后三相電壓波形7）圖2.10為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的三相電流波形。從圖中可以看出逆變得到的三相電流為正弦波形，三相波形互差120度，電流峰值為26A。圖2.10 逆變后三相電流波形3 總結(jié)通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代電力電子這門課，我學(xué)習(xí)了逆變電路的幾種控制方法，本文主要介紹了電壓空間矢量控制法。首先對(duì)三相橋式電壓型有源逆變器進(jìn)行了研究分析，隨后介紹了SVPWM調(diào)制技術(shù)的基本原理以及SVPWM的控制算法，主要包括三相電壓變兩相電壓，合成矢量所處的扇區(qū)判斷，每個(gè)扇區(qū)中基本空間矢量作用的時(shí)間和電壓空間矢量切換點(diǎn)的計(jì)算。最后通過采用Matlab仿真軟件，對(duì)SVPWM控制算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了建模仿真，其仿真結(jié)果與理論分析的一致性證明了推導(dǎo)出的SVPWM控制算法的正確性。本次仿真實(shí)現(xiàn)了采用SVPWM控制法將800V的直流電壓逆變成了三相交流電，實(shí)現(xiàn)逆變的功能。4 參考文獻(xiàn)1林渭勛.現(xiàn)代電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20052劉鳳君.現(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社.20063林飛.電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB 仿真. 中國