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)制方案周樂明 學(xué)號：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，并給出一個具體的仿真實例，通過仿真，可以得出實際運行中的電壓、電流的波形，而且在文中給出了實例的電路原理圖，使得對于空間矢量調(diào)制的原理得以更加清楚的認(rèn)識。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。定義開關(guān)量a, b, c和a'，b'，c'表示6個功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)a，b或c為1時，逆變橋的上橋臂開關(guān)管開通，其下橋臂開關(guān)管關(guān)斷 （即

2、a'，b'或c'為0）;反之，當(dāng)a，b或c為0時，上橋臂開關(guān)管關(guān)斷而下橋臂開關(guān)管開通（即a'，b'或c'為1）。由于同一橋臂上下開關(guān)管不能同時導(dǎo)通，則上述的逆變器三路逆變橋的組態(tài)一 共有8種。對于不同的開關(guān)狀態(tài)組合（abc），可以得到8個基本電壓空間矢量。各矢量為：rU out2Udc3(a2(2-1)則相電壓 Van、Vbn、Ven，線電壓 Vab、rVbc、Vca以及Uout（abc）的值如下表2-1所示（其中Ude為直流母線電壓）表2-1開關(guān)組態(tài)與電壓的關(guān)系abcVanVbnVcnVabVbcVcaUout00000000001002Udc

3、/3-Udc/3-Udc/3U dc0-Udc|Udc3010-Udc/32Udc/3-Udc/3-UdcUdc02 打-Udce 33110Udc/3Udc/3-2Udc/30Udc-Udc-U dce3001-Udc/3-Udc/32Udc/30-UdcUdcr.42 3一 U dee3101Udc/3-2Udc/3Udc/3U dc-Udc02 點 -U dee3011-2Udc/3Udc/3Udc/3-Udc0UdcU dcej3 dc1110000000可以看出，在8種組合電壓空間矢量中， 有2個零電壓空間矢量，6個非零電壓空間矢量。將8種組合的基本空間電壓矢量映射至圖2.11所示的

4、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個區(qū)，稱之為扇區(qū)。圖22電壓空間矢量與對應(yīng)的（abc）示意圖1.2 SVPWM算法實現(xiàn)SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個開關(guān)周期 Tpwm內(nèi)通過對基本電壓矢 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現(xiàn)SVPWM。如上圖2.2所示，在某個時刻，電壓空間矢量Uout旋轉(zhuǎn)到某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量（Uk和Uk+1 ）和零矢量（U。）在時間上的不同組合來得到。先作用的 Uk稱為主矢量，后作用的 Uk+1稱為輔矢量，作用的時間分別為Tk和Tk+1， U 000作用時間為T

5、o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：TPWMU outTU 0T2U 60T0 (U 000或 U111 )(2-2)T1T2T0Tpwm(2-3)Ur1T1 UoTpwm(2-4) rt rU2-U60Tpwmrrrr式中，T1,T2, T0分別為U0, U60和零矢量U 000和U111的作用時間，B為合成矢量與主矢量的夾角。irU 60UiTiu U 0圖2.3電壓空間矢量合成示意圖rr 1rUoutU1U2sin 2/3sin(/3 )sinrrr將式(2-29)及1 U 0 1=1U601= 2Ude/3 和 1Uout要合成所需的電壓空

6、間矢量，需要計算Ti, T2, To,由圖2.14可以得到:(2-5)=Um代入式(2-30)中，可以得到：U dc3(2-6)巧 UTpwm sinU dcTo皿(1亦出 )取SVPWM調(diào)制深度M、3Um /Ude，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 UoutUm 2Ude/3，即 Mmax2/乜1.1547 1。由此可知，在SVPWM調(diào)制中，調(diào)制深度最大值可以達到 1.1547，比SPWM調(diào)制最高所能達到的調(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控制算法的一個主要優(yōu)點。(1)判斷電壓空間矢量Uout所在的扇區(qū)判斷電壓空間矢量 U

7、out所在扇區(qū)的目的是確定本開關(guān)周期所使用的基本電壓空間矢量。用U a和U B表示參考電壓矢量 Uout在a B軸上的分量，定義 Urefl, Uref2, Uref3三個變 量，令：U reflu(2-7)U ref2. 3u uU ref3'、3U U再定義三個變量 A, B, C通過分析可以得出：若 Uref1>0 ,貝V A=1，否則 A=0 ；若 U ref2>0，則 B=1，否則 B=0 ；若 U ref3>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，通過下表2-2得出Uout所在的扇區(qū)(如 圖 2.2)。表2-2 N

8、與扇區(qū)的對應(yīng)關(guān)系Tpwmu 60utT1U01 PWMU60cos3(2-8)sin 3Table2-2 The corresp onding relati on ship betwee n N and sectorN315462扇區(qū)In出IVV(2)確定各扇區(qū)相鄰兩非零矢量和零矢量作用時間由圖2.14可以得出:則上式可以得出:3TpwmC-3u(2-9)-3TpWMUdc(2-10)同理，以此類推可以得出其它扇區(qū)各矢量的作用時間，可以令:X3TPWM uUdcY' 3Tpwm/ )(u u )Udc2Z3TPWM(逅)(u u )Udc2可以得到各個扇區(qū) 、T2、T0作用的時間如下表

9、2-3所示。表2-3各扇區(qū)、T2、T0作用時間Table2-3 The effect time of T1、T2、T0 every sectorN123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT0T pwm = Ts-T 1-T 2T2TpwM(2-11)如果當(dāng)Tl + T2>TPWM，必須進行過調(diào)制處理，則令(3)確定各扇區(qū)矢量切換點 定義：Ta (TPWM T1 T2)/4Ta T1/2(2-12)Tc Tb T2/2二相電壓開關(guān)時間切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3與各扇區(qū)的關(guān)系如下表2-4所示。表2-4各扇區(qū)時間切換點 Tcmp1、Tcmp2、T cmp3Tabl

10、e2-4 The switching time of Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3 every sectorN123456T cmp1TbTaTaTcTcTbT cmp2TaTcTbTbTaTcT cmp3TcTbTcTaTbTa為了限制開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗，必須合理選擇零矢量000和零矢量111,使變流器開關(guān)狀態(tài)每次只變化一次。假設(shè)零矢量000和零矢量111在一個開關(guān)周期中作用時間相同，生成的是對稱PWM波形，再把每個基本空間電壓矢量作用時間一分為二。例如圖1-4所示的扇區(qū)I，逆變器開關(guān)狀態(tài)編碼序列為000, 100, 110, 111, 110, 100, 000,將三角波周期Tp

11、wm作為定時周期，與切換點 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。1PWMAPWM BPWM C丁。/4 T1/2T2/2T0/4T0/4T2/2T1/2.T0/4.U 000 j卜U0i U60 ,U111U111U 60U0U 000(000)(100)(110)(111)(111)(110) (100) (000)圖2.4扇區(qū)I內(nèi)三相PWM調(diào)制方式1.3參數(shù)計算基準(zhǔn)相電壓VVr 4160/ 32401.7V V.3基準(zhǔn)電流 Ib 106/3/(4160 / . 3) 138.8A 3Vb基準(zhǔn)阻抗ZBV

12、b4160/ 3/(240 / . 3)17.3 V/A又功率因素為0.95,有設(shè)基準(zhǔn)電阻為X，基準(zhǔn)電抗為丫217.32則有0.90.95因此線路總漏電感其中 Vdcma*，3*Vref =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)Fundamental (30Hz) - 25&4 IUD- 130 74%51015202530Harmonic order7 6 o o5 4 3 2 1 0 o.o'.OLoo.(sugepuL?右牢)s5乏c)Fundamental (3OHs) =

13、 GG.&1 , THD= 19 79%4 3 2 1 o (-sLICDUIEPUnLL40) bed)圖 A ma=0.4 f=30HZa)b).21 CO 肯421 oo.o.o =呂U9lu-s-urfJO _£5esFundamental (60Hz> = 2579 THID= 13075%0246310121416Harmoni亡 orderc)Fundamental ($0Hz) = 62.31,7bD= 24.98%= EC m-gunLL15遲 mes024681012 U 16Harmonic orderd)圖 B ma=0.4 f=60HZa)b)

14、Fundamental (GOH) 5165 THD= 60 0%(_Eluq>LUsunLi_£ 誤)gw.2JM0246810121416Harmonic orderc)Fundamental (6OH2) = 124-.6 THD= 20.20%024601012 U 16Harmonic orderd)圖 C ma=0.8, f=60HZa)ISOb)Fundamental (30Hzi =5152 ,THD= 60.76%4 3OO-eFoEPPLInLJ-芯£>-?O-4llilllillii51015 2D 2530Harmonic orderc)

15、Fundamental OOHz) = 133.1 , THD= 14.92%(-EcaJEEplm 丄誤)一 mEWo3522051Hamomc orderd)圖 D ma=0.8, f=30HZ3. 結(jié)論1. VAB 的波形并非半波對稱，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每半個基波周期中的脈沖個數(shù) Np對THD的影響不大附圖二：兩電平電壓源逆變器空間矢量調(diào)制 圖圖3.1整體模型圖3.2 SVPWM仿真模型圖圖3.3中間變量XYZ匕曰in 1Multi portSwitchnMultiport'Switcfil圖3.4 t1、t2時間的計算CZ)4j上-DU*CDLSfrtihiItiport"Itch*QDian2*CCjtsmil圖3.5計算切換時間tcml tcm2 tcm3R«ofi«iing feeflirf