电力电子装置中的控制技术-s(2)

? t1 t2 ? us cos ? ? ? ? T + 2T ? ?U d 0 ? ? 0

3t2 us sin ? ? Ud 2T0

? 解 t1和 t

2

，得

t1 2U r π ? sin( - ? ) T0 3 3U d
t2 2 us sin ? ? T0 3 Ud

? 零矢量的使用换相周期 T0 应由旋转磁场所需的频率决定，设零矢量 u7 和 u8 的作用时间为t7和t8。为了减少功率器件的开关次数，一般使 u7 和 u8 各占一半时间，因此

1 t7 ? t8 ? (T0 - t1 - t 2 ) 2

≥0

（16）

? 开关状态顺序原则在实际系统中，应该尽量减少开关状态变化时引起的开关损耗，因此不同开关状态的顺序必须遵守下述原则：每次切换开关状态时，只切换一个功率开关器件，以使开关损耗最小。

? T0 区间的电压波形
虚线间的每一小段表示一种工作状态

图8

第Ⅰ扇区内一段T0区间的开关序列与逆变器三相电压波形

? u7

T0 4

T4 2

? u1

? u2

T6 2

T0 4

? u8

T

? u8

T0 4

T6 2

? ? u2 u1

T4 2

? u7

T0 4

导通开关模式的次序：7-1-2-8-2-1-7

SVPWM在6个扇区的对称调制模式

? u3 (010)

?

?

? u2 (110)

③
? u4 (011)

②

①

7-1-2-8-2-1-7
?
?
? u1 (100)

7-5-4-8-4-5-7

④
? u5 (001)

⑤

⑥
? u6 (101)

7-1-6-8-6-1-7

2．低开关损耗模式
把u8改成u7并移到两边去。一个周期T中的开关次数将由6次减少到4 次，使开关损耗有所降低。

Sa Sb Sc
T0 2 T4 2

T6

T4 2

? u7

? u1

T

? u2

? u1

T0 2

? u7

? u2

? u6

最大幅值SVPWM 最大圆形SVPWM

SPWM 基波相电压幅值基波线电压幅值

SVPWM

M 最大常规SPWM
? u3

1 Ud 2

O

N

L

? u4

3 Ud 3

OL ? U d
2 3

3 Ud 2

Ud

OM ?
? u1

3 3

Ud

? u5

ON ? 1 U 2 d

SVPWM 比 SPWM 的直流利用率提高了15.47%

SVPWM合成矢量是内切圆！

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
由上表可以看出，三相逆变器的不同开关组合状态下各交流电压可以由一个模为 2E/3 的空间电压矢量在复平面表示出来。那么上表中每个开关状态就对应一个电压矢量，而该矢量在相应的a，b，c轴上的投影就是该相的相电压。 b Im ? 注：这里实际上是把三相电压在相位上的差转化为空间坐标的角度差
? U3

U2

? U4

? U7

U0

? U1 ?
? U6

Re a

c

? U5

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
在复平面上定义三相逆变器的空间电压矢量为：
2 j ( k -1)? / 3 ?? U ? Ee (k ? 0,?,6) ? k 3 ?? ?U 0,7 ? 0 ?

上式可以表达为开关函数的形式：

可见三相逆变器的空间电压矢量是与相电压的参考点的对于三相逆变器，空间矢量可以表述为：选取无关，即它是 ? 2 j 2? / 3 j - 2? / 3 U ? (uao + ubo e + ucoe ) 正对三相线电压而 3 言，即是一种基于 ? 2 j 2? / 3 j - 2? / 3 U ? (uaN + ubN e + ucN e ) 线电压控制方式。 3
? 2 U k ? E ( S a + Sb e j 2? / 3 + S c e - j 2? / 3 ) (k ? 0, ?,7) 3

3.2 内环脉宽调制技术
4

空间矢量PWM(SVPWM)控制
? 空间矢量的合成对一个任意给定的空间电压矢量可以由三相逆变器的八个电压空间矢量经过组合而成。如下图所示。 b Im
? U3

? U2

2 3

? U4
4

? U7

? U0

? U*

w
1

6个非零空间电压矢量将复平面划分为6个区间，加入任意一个矢量在第1区间时，如图所示可以由矢量 1 和 2 合成如下： ?* T ? T ?
U ?
1

Ts

U1 +

2

Ts

U2

6 5

? U1

a

Re
T2 ? U2 Ts

? U5

? U6

c

T1 ? U1 Ts

其中Ts为PWM开关周期， ? T1为电压矢量U1作用时间， ? T2为电压矢量U 2作用时间

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
通常合成任意矢量除需要两个非零矢量外还需要一个零矢量，三个矢量作用时间之和等于整个开关周期。

T1 + T2 + T0 ? Ts

其中T0为零矢量作用时间

零矢量的选择主要考虑减小开关状态的变化，一般零矢量从选择有几种方法，下面以第一个区域为例来讨论。

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
方法一：
该方法将零矢量均匀的分布在起点和终点上。再由另外两个矢量按三角形法合成。各个矢量的作用时间计算如下：
? U2
? U*

w
1
T2 ? U2 Ts

Sa

Sb

T1 ?? U1 Ts

? U1

Re

Sc
T0 / 2

T1

T2

T0 / 2

Ts

T1 ? T2 ? ?* U1 U2 U Ts T ? ? s 2? ? sin sin( - ? ) sin ? 3 3

?T1 ? m Ts sin(? / 3 - ? ) ? ?T2 ? m Ts sin ? ?T ? T - T - T s 1 2 ? 0

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
Im 方法二：该方法仍将零矢量均匀的分布在起点和终点上。但是第一个电压空间矢量是分两次作用。各个时间的计算方法可以参 T1 ? U1 考上面的公式。 2Ts
? U2
?* U
1

Sa

Sb

? T2 ? U1 U2 Ts

Re

Sc
T0 / 2

T1 / 2

T2

T1 / 2

T0 / 2

Ts

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
Im 方法三：该方法仍将零矢量均匀的分布在起点和终点上，但是插入了另一个零矢量如图所示。
? U2
? U*
1

Re

Sa

Sb
Sc
T0 / 2
T1 / 2 T7

T1 ? T2 U1 U1 2Ts 2Ts

? ? U1

T2 / 2 T2 / 2

T1 / 2

T0 / 2

Ts

以上各种方法各有优点，第三种输出电压的开关次谐波含量最小，但是开关损耗高；而第二种输出电压的开关次谐波含量和开关算好均较小。

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
三相电压型逆变电路矢量控制方法对三相电压型逆变电路的输出电流控制而言，采用空间电压矢量的控制方法主要有两种：第一种：通过三相输出指令电流和交流系统或负载模型，计算得到空间电压矢量的指令值，然后通过三相空间电压矢量的合成逼近这个指令电压矢量。这种方法主要用于响应速度要求不高的场合。第二种：将电流滞环控制与 SVPWM 结合，通过三相电压型逆变电路的空间电压

矢量的实时切换，获得高品质的输出电流。这种方法称为基于不定频率滞环 SVPWM 电流控制，主要用于快速电流响应要求下。
?

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
方法一：忽略线路中的电阻，只考虑电感。这种简化在实际工程分析中是允许的。那么逆变器输出指令电压空间矢量可以表示 ?* 如下。 ? ? ?
U* ? E + L dI dt
* I 其中指令电流为： V1 V3 V5

ua

R

L ea

u DC

ub
V4 V6 V2

ia uc ib ic

eb ec

o

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
根据这个指令电压矢量，可以按照前面的组合方法来得到输出电压。但是实际当中我们只有电压或电流的瞬时值，下面我们看如何来得到这个矢量。
* ? * dia ?u a ? ea + L dt ? * ? * dib ?ub ? eb + L dt ? * ? * dic ?uc ? ec + L dt ?

由指令电流的瞬时值和系统或负载电势可以计算得到指令电压的瞬时值。

3.2 内环脉宽调制技术b
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制

?
? * U?

?* U

wt? 如右图所示，把实轴和虚轴看成两个与三相坐标轴相 U * ? ?? 对静止的轴，那么指令电压空间矢量在上面的投 ?* 影为： u? ? U coswt ?* c u? ? U sin wt

a?

如果能计算得到这个两个量就可以确定指令电压矢量的大小和位置。实际上这两个量就是指令电压矢量 ?* 在复平面的坐标。再由下式：ua ? U coswt - U?
?* 1 2 ub ? U (sin wt - 120o ) ? - U ? + U? 2 2 ?* 1 2 uc ? U (sin wt + 120o ) ? - U ? U? 2 2

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
把上式写成矩阵形式有：
?1 ?ua ? ? - 1 ?u ? ? ? 2 ? b? ? -1 ? ?uc ? ? ? ?2 ? 0 ? 3 ? ? ?U ? ? 2 ?? ? U - 3 ?? ? ? ? 2 ?

由该矩阵运算可得：

1 ? ?U? ? ?1 2 ? ? ?U ? 3 ? ? ? ?0 ? 2 ?

1 ? u ? a? ? 2 ? ? ? ?ub ? 3? ? uc ? ? ? 2 ? ? -

这样我们就由已知的指令电压的瞬时值，通过矩阵变换就获得了指令电压空间矢量的两个分量。由这两个量就可以合成指令电压空间矢量。然后根据前述组合方法可以来实现空间矢量控制。