《SVPWM控制技術(shù)分析綜述》2700字

SVPWM控制技術(shù)分析綜述空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)通過調(diào)整變頻器中開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)來組合形成電壓矢量，讓旋轉(zhuǎn)磁場接近圓形，相比于傳統(tǒng)PWM控制技術(shù)來說電壓利用率較高，而且有效削弱了電流諧波分量，噪聲明顯降低，且轉(zhuǎn)矩脈動變小，改善了感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能。因此本文選擇SVPWM作為控制系統(tǒng)的調(diào)制方式。電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關(guān)系假設(shè)由理想的三相交流電對電機(jī)提供交流電壓，則有：uAuBu式中，uA、uB、uC分別為電機(jī)三相定子繞組上的正弦波相電壓；U如圖2.6，用A、B、C表示定子三相對稱的繞組。圖2.6定子繞組空間結(jié)構(gòu)圖定義電壓空間矢量usus=23（u將式(2-25)代入式(2-26)中，得：us=23（32U式中Um=2us是一個在空間上幅值恒定，以同步角頻率ω恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，期望合成電壓空間矢量uus式中：us當(dāng)運(yùn)行頻率不算太低時，式(2-28)里Rsis項的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于dus≈dψ將式(2-27)與(2-29)聯(lián)立得：ψs≈23式(2-30)表明，磁鏈的幅值由Ud幅值和ω基本電壓空間矢量電壓型逆變器結(jié)構(gòu)如圖2.7所示，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中存在3個橋臂，每個橋臂都有上下兩個功率開關(guān)管，共有六個功率開關(guān)管，每個開關(guān)管都并聯(lián)了一個續(xù)流二極管。應(yīng)避免同一橋臂上兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通的情況，否則會有燒壞開關(guān)管的風(fēng)險。針對于不同橋臂中開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)組合，一共可以得到八種狀態(tài)。定義上橋臂VT1、VT3、VT5打開時的狀態(tài)為1，下橋臂VT2、VT4、VT6打開時的狀態(tài)為0，則可以得到6種非零矢量U1(1，0，0)、U2(1,1,0)、U3(0,1,0)、U4(0,1,1)、U5(0,0,1)、U6(1,0,1)和2種零矢量U0(0,0,0)、U7(1,1,1)。圖2.7電壓型逆變器當(dāng)(SA，SB，SC)=(1,0,0)時，得到VAO=Udc/2，VBO=?Udc/2，VCO=?Udc/2。當(dāng)(SA，SB，SC)=(1,1,0)時，得到VAOVAN=1其中，VAN、V表2.1不同開關(guān)狀態(tài)下的相電壓及合成空間矢量電壓矢量SVVVu000000u100+2U-U-Uu110+U+U-2Uu010-U+2U-Uu011-2U+U+Uu001-U-U+2Uu101+U-2U+Uu111000根據(jù)表2.1，通過排列組合可以得到從u0到u7共七個電壓矢量，其中u0和u7是指逆變器的上橋臂或者下橋臂的開關(guān)管同時導(dǎo)通，造成電機(jī)短路，沒有電壓輸出，因此稱為零矢量，剩下的6個有效電壓矢量（u1~u圖2.8基本電壓空間矢量圖基本矢量作用時間及扇區(qū)判斷電機(jī)的磁鏈?zhǔn)噶勘磉_(dá)式為：ψi=如圖2.8所示，每個基本矢量的作用范圍是60°，那么可以引入割圓法的思想，當(dāng)開關(guān)管的切換頻率越高時，磁鏈增量的頻率也越高，合成磁鏈運(yùn)動軌跡就會越接近圓形。例如圖2.9所示60°的磁鏈空間作用區(qū)域中，?ψ11、?ψ12、圖2.9磁鏈軌跡圖電壓矢量與磁鏈?zhǔn)噶客?，u1和u2進(jìn)行矢量合成可得期望的合成電壓矢量ur圖2.10第一扇區(qū)合成矢量示意圖根據(jù)伏秒平衡可以得到：uαTs=其中，Ts是PWM開關(guān)周期，uα、uβ是兩相靜止坐標(biāo)系α、β下的合成期望電壓矢量分量；t1、t2為u式(2-33)還可以寫成：t1=3T由于零矢量（u0、u7）對磁鏈?zhǔn)噶繘]有影響，可以加入t0的零電壓矢量將一個Ts周期內(nèi)除了t0=Ts如果合成的期望電壓矢量ur不在第一扇區(qū)而在其他扇區(qū)時，依然可以沿用第一扇區(qū)的分析思路，得到相對應(yīng)的uX=3u由以上分析可知，整個空間被基本電壓矢量分割成6個扇區(qū)，每個扇區(qū)的編號如圖2.8所示，要想找到合成的期望電壓矢量ur位于幾號扇區(qū)，只需要將參考電壓矢量Uref分解成α、β軸上的分量，分析uα、uβVref這里引入變量A、B、C、N，分析得出：當(dāng)Vref1>0時，賦值A(chǔ)=1當(dāng)Vref2>0時，賦值B=1當(dāng)Vref扇區(qū)號N存在關(guān)系N=A+2B+4C，得到ur所在的扇區(qū)與N之間的關(guān)系見表2.2表2.2編號N對應(yīng)扇區(qū)號N123456扇區(qū)號ⅡⅥⅠⅣⅢⅤ第一扇區(qū)的PWM波形圖如圖2.11所示：圖2.11第一扇區(qū)PWM波形圖由上述分析結(jié)果可得基本電壓矢量作用時間與X、Y、Z的關(guān)系見表2.4所示：表2.4扇區(qū)和N值關(guān)系對應(yīng)表扇區(qū)號ⅠⅡⅢⅣⅤⅥt-ZZX-X-YYtXY-YZ-Z-XSVPWM調(diào)制技術(shù)主要分為五段式和七段式兩種，與五段式SVPWM控制方式相比，七段式SVPWM的開關(guān)頻率顯然要高一些，但輸出電壓諧波含量比五段式少，電壓波形的對稱性較好。在進(jìn)行調(diào)制時應(yīng)盡量減小損耗和提高轉(zhuǎn)矩性能，由于開關(guān)管在通斷時會存在開關(guān)損耗，因此應(yīng)該盡量減少開關(guān)管的導(dǎo)通次數(shù)。如果給定參考電壓矢量幅值比較大，即過飽和的時候，兩個基本電壓空間矢量的作用時間之和就會大于一個開關(guān)周期，使得合成的期望電壓幅值比實(shí)際電壓要大的現(xiàn)象，此時稱為過調(diào)制。為了解決過飽和的問題，需要在整個調(diào)制周期中加入零電壓矢量的作用時