MATLAB的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)控制算法的仿真 第7页
电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术发展概况
传统的正弦脉宽调制(SPWM)技术是从电源的角度出发的，其着眼点是如何生成一个可以调频调压的三相对称正弦波电源。常规SPWM法己被广泛地应用于逆变器中，然而常规SPWM不能充分利用馈电给逆变器的直流电压，逆变器最大相电压基波幅值与逆变器直流电压比值为1/2，即逆变器输出相电压峰值最大为0.5 Ua ( Ua撇逆变器的直流电压)，直流利用率低。John采用谐波失真的方法来增加三相PWM逆变器的输出电压，可以使PWM逆变器最大相电压基波幅值增加约15%，但该方法的效果并不理想，因此它的实际应用受到很大的限制。并且SPWM逆变器是基于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输出电流，这种调节会产生某些高次谐波分量，引起电机发热，转矩脉动过大甚至会造起系统振荡。一些学者在此基础上提出了选择谐波消除法和梯形脉宽调制法(TPWM)，但指定谐波消除法运算量大，且占用相当大的内存，实现起来比较困难;TPWM逆变器输出波形中谐波分量比SPWM逆变器还多，结果并不理想。而且，传统的高频三角波与调制波比较生成PWM波的方式适合模拟电路，不适应于现代化电力电子技术数字化的发展趋势。因此，常规SPWM法不能适应高性能全数字控制的交流伺服驱动系统的发展趋势。
80年代中期，德国学者H . W . Van Der Broek等在交流电机调速中提出了磁链轨迹控制的思想[3)，在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量脉宽调制(Space-Vector Pulse-Width Modulation，简写为SVPWM)的概念。SVPWM，又称磁链追踪型PWM法，它是从电动机的角度出发，其着眼点是如何使电机获得圆磁场。具体地说，它是以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，在追踪的过程中，逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。
采用空间矢量PWM(SVPWM)算法可使逆变器输出线电压幅值最大达到Ud,比常规SPWM法提高了约15.47 %。并且，由于SVPWM有多种调制方式，所以SVPWM控制方式可以通过改变其调制方式来减少逆变器功率器件开关次数，从而降低功率器件的开关损耗，提高控制性能。在同样的采样频率下，采用开关损耗模式SVPWM法的逆变器的功率器件开关次数比采用常规SVPWM法逆变器的功率器件开关次数减少了1 /3，大大降低了功率器件的开关损耗。SVPWM实质是一种基于空间矢量在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变形SPWM，是具有更低的开关损耗的SP WM改进型方法，是一种优化的PWM方法，能明显减少逆变器输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低电机的脉动转矩，且SVPWM其物理概念清晰，控制算法简单，数字化实现非常方便，故目前有替代传统SPWM法的趋势。
而随着智能型高速微控制芯片的发展、指令周期的缩短、计算功能的增强及存储容量的增加，使得数字化PWM有了更广阔的应用前景。因此，近些年来电压矢量脉宽调制技术得到了快速地发展，在电气传动的许多方面得到了广泛的应用。
1.电压空间矢量PWM法最早是被应用于交流变频调速系统中，采用SVPWM模式的交流变频调速系统较之采用常规SPWM模式的交流调速系统，不仅电机转矩脉动减小了，馈电给逆变器的直流电压利用率提高了;同时定子相电流更接近于正弦波，谐波更少，且采用SVPWM模式的交流变频调速系统其动态性能非常优良。
2.目前电压空间矢量PWM法广泛应用在有源滤波器中，它把三相变流器作为一个整体来控制，很好地协调了PWM主电路各相间的相互作用。这种控制策略可有效地跟踪指令电流，抑制了负载谐波，显著减小了电源侧电流的电流总畸变率，是一种有效的电流跟踪控制方案。
3.电压空间矢量PWM法应用于整流控制系统中，系统具有良好的动态性能，易于数字化实现，既能实现高功率因数，又能使能量双向流动。其最突出的优势是直流利用率较之常规的SPWM控制方法提高了约15.47，而且，不同的调制方法将使开关损耗得到不同程度的减小。正是基于上述优点，空间矢量PWM法越来越广泛地应用于整流控制系统中。原文请找腾讯752018766辣-文^论,文.网
http://www.751com.cn第4章 SVPWM的理论基础
传统的SPWM控制技术主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，对电流波形一般只能采取间接控制。而在实际应用中，异步电机需要输入电流尽量接近正弦波，从而空间上形成圆形旋转磁场，产生稳定的电磁转矩。如果对准这一目标，按照跟踪圆形磁场来控制PWM电压，那么控制效果就会更直接;这就是“磁链跟踪控制”的基本思想。磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以这种方法又叫做“电压空间矢量调制”，即SVPWMo。SVPWM技术最初是应用在电机调速领域的，后来扩展成为一种在整流/逆变领域应用广泛的PWM方法。本节将从传统的磁链跟踪角度来介绍SVPWM技术的基本原理。
4. 1电压空间矢量的概念
电压空间矢量是按照电压所加在绕组的空间位置来定义的。电动机的三相定
子绕组可以定义一个三相平面静止坐标系，如图2.1 0 A A 这是一个特殊的坐标系，A. B, C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差1200，三相定子电压UA, UB, Uc分别加在三相绕组上，可以定义三个电压空间矢量uao "风o " uco，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120º。
图4.1电压空间矢量
假设 为相电压有效值，ƒ为电源频率，则有：
（4—1）
假设单位方向矢量 ，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量 就可 以表示为:
(4-2)
可见 是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，为相电压峰值;当频率不变时，以电源频率 =2 了为电气角速度做恒速同步旋转，哪一相电压为最大值时，合成电压矢量就落在该相的轴线上。
4. 2电压矢量与磁链矢量的关系
当用三相对称正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量
幅值恒定，并以恒转速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场(磁
链圆)。因此如果有一种方法，使逆变电路能向交流电动机提供可变电源，并能
保证电动机形成定子磁链圆，就可以实现交流电动机的变频思想。
我们可以按照前面定义电压空间矢量的方法定义电流和磁链的空间矢量
和 。因此有 dt （4-3）
当转速不是很低时，定子电阻R的压降相对很小，式(4-3)可以简化为
（4-4）
或 （4-5）
因为 （4-6）
(4-7)
式((4-7)说明，当磁链幅 一定时， 的大小与 成正比，或者说供电
电压与频率f成正比，其方向是磁链圆轨迹的切线方向。当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2 弧度，其运动轨迹和磁链圆重合。这样电动机旋转磁场的形状问题就可转化为电压空间矢量运动轨迹的形状问题来讨论。上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] 下一页
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