1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上兩電平SVPWM原理及仿真分析吳磊， 魏文凱， 劉佳璐中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院電氣班 摘要：介紹了電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的基本原理，詳細闡述了在仿真軟件MATLABSIMULINK環(huán)境下實現(xiàn)SVPWM的方法，最后給出了仿真實驗結(jié)果。關(guān)鍵詞：電壓空間矢量脈寬調(diào)制MATLAB 仿真1基本原理交-直-交pwm變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖變頻器中的逆變器接成三相橋式電路，以便輸出三相交流變頻電源。控制開關(guān)器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使輸出端得到三相交流電壓。本結(jié)構(gòu)中使用180º導(dǎo)通型逆變器，同一橋臂上下兩管之間互相換流，在某一瞬間，控制一個開關(guān)器件關(guān)斷，同時使另一

2、個器件導(dǎo)通，就實現(xiàn)了兩個器件之間的換流。同時，必須采取“先斷后通”的方法，即先給應(yīng)關(guān)斷的器件發(fā)出關(guān)斷信號，待一段時間后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號。以此防止同一橋臂的上下兩管同時導(dǎo)通造成直流電源短路。SVPWM技術(shù)源于對交流電動機定子磁鏈實施跟蹤控制的思想，利用逆變器輸出的各基本電壓矢量交替作用，從而輸出合成時的正弦交流電壓產(chǎn)生期望的磁鏈軌跡。1 SVPWM的基本原理SVPWM實際上是對應(yīng)于三相電壓源逆變器功率器件的一種特殊的開關(guān)觸發(fā)順序和脈寬大小的組合。按一定規(guī)律來控制逆變器三對橋臂晶體管的通斷，將直流側(cè)電壓變?yōu)槿嗾译妷狠敵觥Ｒ虼耍鄻蚴侥孀冸娐犯鳂虮弁〝酄顟B(tài)的組合為6個有效的空間矢量

3、V4(100) 、V6(110) 、V2(010) 、V3(011) 、V1(001) 、V5(101)和2個零矢量V0(000) 、V7(111)如圖1 所示。為了得到旋轉(zhuǎn)空間矢量，在不降低直流電壓利用率情況下能調(diào)控三相逆變器輸出的基波電壓和消除低次諧波，可用矢量V所在扇區(qū)邊界的兩個相鄰特定矢量Vx和Vy及零矢量Vz合成一個等效的電壓矢量V，調(diào)控V的大小和相位。則在時間很短的一個開關(guān)周期Ts中，矢量存在時間就由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量Vx存在Tx 時間、Vy存在Ty 時間以及零矢量Vz存在T0 時間來等效，即VxTx+VyTy+VzT0=VTs=V(Tx+Ty+T0)將Vx=23VD

4、、Vy=23VDej60º、Vz=0代入上式，得TxTy=3VplmVDsin(60º-)TyTs=3VplmVDsinT0Ts=1-3VplmVDcos(30º-)每一個實際上相當于SVPWM電壓波形中的一個脈沖波，為使波形對稱，把每個狀態(tài)的作用時間一分為二，這樣可以在調(diào)控輸出電壓基波大小的同時減少輸出電壓中的諧波。同時，為了使逆變器從一個開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個開關(guān)狀態(tài)時，只改變一個橋臂的開關(guān)狀態(tài)以減少三相逆變器中6個開關(guān)器件的開通、關(guān)斷的次數(shù)，降低開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗。采用對稱SVPWM控制，通過精心安排適當?shù)氖噶宽樞蚝蜁r間，可以免除不必要的開關(guān)動作，并在不增

5、加開關(guān)損耗的基礎(chǔ)上具有更低的諧波失真特性。比其他PWM方法能更好地利用直流電壓和減小諧波失真和開關(guān)損耗。與SPWM相比，其直流電壓利用率要高15%。2 SVPWM算法MATLAB 實現(xiàn)2.1 判斷矢量V所在扇區(qū) 通過矢量V所在的二維靜止坐標系軸和軸的分量u、u 來計算電壓矢量所在的扇區(qū)（我們把圓周分成6個扇區(qū)，扇區(qū)序號用 N表示）。若u0，則 A=1，否則 A=0；若3u-u0，則 B=1，否則B=0；若-3u-u-0，則C=1，否則C=0。扇區(qū)N=A+2B+4C。扇區(qū)模型圖如圖2所示。2.2 求出邊界矢量作用時間Tx，TyX=3u×TsUd定義Y=12(3u+3u)×Ts

6、UdZ=12(3u-3u)×TsUd計算X，Y，Z 的模型圖如圖3所示。根據(jù)電壓矢量不同的扇區(qū)求出2個相鄰矢量的作用時間Tx，Ty，按表1取值。采用多路開關(guān)可構(gòu)成模型圖。當Tx+Ty>Ts時取Tx1=TxTsTx+Ty Tx2=TyTsTx+Ty 2.3 求出3 個矢量切換點Tcm1、Tcm2、Tcm3定義Ta=Ts-Tx-Ty4Tb=Ta+Tx2Tc=Tb+Ty2計算Ta、Tb、Tc 的模型圖如圖4 所示。最后一步是根據(jù)不同的扇區(qū)把以上的三個參數(shù)分別賦給TCMPRx單元，按下表取值。采用多路開關(guān)可構(gòu)成模型圖。2.4 PWM波形的產(chǎn)生和逆變器實現(xiàn)SVPWM是用一定頻率（1/Ts

7、）和幅值（Ts/2）的等效時間三角波去調(diào)制3個輸入時間Tcm1，Tcm2，Tcm3，一定頻率和幅值的三角波與空間矢量切換點Tcmx相比較，一旦Tcmx與三角波的值相等時，就改變PWM波形的狀態(tài)。所設(shè)定的開關(guān)器件決定了三角波的周期和幅值。同時對逆變器功率開關(guān)器件進行抽象，可以把上下2個橋臂的開關(guān)器件等效為1個理想開關(guān)switch，則PWM波形的產(chǎn)生和逆變器模型圖如圖5所示。3 SVPWM實現(xiàn)仿真模型圖和仿真結(jié)果把上面各模型圖分別進行封裝后進行連接，得到SVPWM實現(xiàn)仿真模型圖，如圖6 所示。在這個仿真系統(tǒng)中三角波的周期為Ts=0.s，其幅值為0.。三相電壓為給定幅值為220V，給定頻率為50Hz 相差120º的正弦波，經(jīng)三相/ 二相坐標變換得到二維靜止坐標系 軸和 軸的分量u、u，Udc=600V。經(jīng)過10s仿真，分別得到如圖