中礦傳動(dòng)技術(shù)交流

技術(shù)研究

2021年11月15日發(fā)布

        SVPWM是近年發(fā)展的一種比較新穎的控制方法，是由三相功率逆變器的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件組成的特定開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，能夠使輸出電流波形盡 可能接近于理想的正弦波形。空間電壓矢量PWM與傳統(tǒng)的正弦PWM不同，它是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得理想圓形磁鏈軌跡。SVPWM技術(shù)與SPWM相比較，繞組電流波形的諧波成分小，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)更逼近圓形，而且使直流母線電壓的利用率有了很大提高，且更易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。下面將對(duì)該算法進(jìn)行詳細(xì)分析闡述。

        SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來(lái)得到。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過(guò)逆變器的不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來(lái)決定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM 波形。逆變電路如圖 1-1 示。

       設(shè)直流母線側(cè)電壓為Udc，逆變器輸出的三相相電壓為、UAO、UBO，UCO其分別加在空間上互差120°的三相平面靜止坐標(biāo)系上，可以定義三個(gè)電壓空間矢量UAO、UBO、UCO，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時(shí)間按正弦規(guī)律做變化，時(shí)間相位互差120°。假設(shè)為相電壓基波峰值，f為電源頻率，則有：

 （1-1）

在三相靜止坐標(biāo)系下：

三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量為Us（t）為：

      αβ坐標(biāo)系下（此處用到的clark變換或稱3/2變換為等幅值變換）, α軸和β軸合成適量的分量如下：

       此坐標(biāo)系下，三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量Us（t）為：

                                                       （1-2）

       在αβ坐標(biāo)系下（此處用到的clark變換或稱3/2變換為等功率變換）

       此坐標(biāo)系下，三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量Us（t）為

                                             （1-3）

       可見(jiàn)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，且以角頻率ω=2πf按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)的空間矢量，而空間矢量Us（t）在三相坐標(biāo)軸（a，b，c）上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量。

圖1-1逆變電路

       由于逆變器三相橋臂共有6個(gè)開(kāi)關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開(kāi)關(guān)組合時(shí)逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開(kāi)關(guān)函數(shù)Sx(x=a、b、c) 為：

                                                （1-4）

       (Sa、Sb、Sc)的全部可能組合共有八個(gè)，包括6個(gè)非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個(gè)零矢量  U0(000)、U7(111)，下面以其中一種開(kāi)關(guān)組合為例分析，假設(shè)Sx(x=a、b、c)=(100)，此時(shí)

（1-5）

求解上述方程可得：Uan=2Ud/3、UbN=-Ud/3、UcN=-Ud/3。同理可計(jì)算出其它各種組合下的空間電壓矢量，列表如下：

表 1-1  開(kāi)關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系

       圖 1-2 給出了八個(gè)基本電壓空間矢量的大小和位置。

圖 1-2 電壓空間矢量圖

       其中非零矢量的幅值（指非零矢量代表的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下三相合成矢量的幅值）相同，相鄰的矢量間隔 60°，而兩個(gè)零矢量幅值為零，位于中心。在每一個(gè)扇區(qū)，選擇相鄰的兩個(gè)電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來(lái)合成每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量，即：

                                                      （1-6）

或者等效成下式：

                                                            （1-7）

    其中，Uref 為期望電壓矢量；Ts為開(kāi)關(guān)周期；Tx、Ty、T0分別為對(duì)應(yīng)兩個(gè)非零電壓矢量 Ux、Uy 和零電壓矢量 U0在一個(gè)采樣周期的作用時(shí)間；其中Udeact可表示U0或U7兩個(gè)零矢量。式（1-7）的意義是矢量Uref在Ts時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和Ux、Uy、U0分別在時(shí)間Tx、Ty、T0內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同。

       由于三相正弦波電壓在電壓空間向量中合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)電壓，其旋轉(zhuǎn)速度是輸入電源角頻率，等效旋轉(zhuǎn)電壓的軌跡將是如圖1-2 所示的圓形。所以要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓矢量合成的技術(shù)，在電壓空間向量上，將設(shè)定的電壓矢量由U4(100)位置開(kāi)始，每一次增加一個(gè)小增量，每一個(gè)小增量設(shè)定電壓矢量可以用該區(qū)中相鄰的兩個(gè)基本非零向量與零電壓矢量予以合成，如此所得到的設(shè)定電壓矢量就等效于一個(gè)在電壓空間向量平面上平滑旋轉(zhuǎn)的電壓空間向量，從而達(dá)到電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的。

  （本稿件由中礦傳動(dòng)市場(chǎng)部整理編輯，經(jīng)中礦傳動(dòng)技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)審核授權(quán)發(fā)布?。?/span>

如有問(wèn)題，歡迎技術(shù)咨詢！

中礦傳動(dòng)竭誠(chéng)為您服務(wù)！

垂詢電話：0516-80139798

網(wǎng)址：www.nicealice.cn

郵箱：sell@zkcd.com.cn