SVPWM仿真详细说明(共15页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上附 SVPWM的仿真实现1 SVPWM的基本原理SPWM常用于变频调速控制系统,经典的SPWM控制主要目的是使变频器的输出电压尽量接近正弦波,并未关注输出的电流波形。而矢量控制的最终目的是得到圆形的旋转磁场,这样就要求变频器输出的电流波形接近正弦波。锁定得到圆形的旋转磁场这一目标,SVPWM控制技术利用逆变器各桥臂开关控制信号的不同组合,使逆变器的输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。SVPWM是从电动机的角度出发,着眼于使电机获得幅值恒定的圆形磁场。图1所示为PWM逆变器的拓扑结构以及等效开关模型。 逆变器拓扑结构 等效开关模型图1 PWM逆变器电路电压源型逆变
2、器常采用导通型。用分别标记三个桥臂的状态,规定当上桥臂器件导通时桥臂状态为1,下桥臂导通时桥臂状态为0,当3个桥臂的功率开关管变化时,就会得到种开关模式,每种开关模式对应一个电压矢量,矢量的幅值为;有两种开关模式对应的电压矢量幅值为零,称为零矢量。例如:在某一时刻,设V1,V2,V3管处于开通状态,即,设为三相对称负载,各开关管的开通电阻均相等,则逆变器的等效电路为:图2 时逆变器的等效电路图这样,很容易就能得到该瞬时时刻的相电压: (1)将其在静止坐标系中表示出来,如图3所示:图3 电压矢量图其中,U是合成的电压矢量,在两相静止坐标系(坐标系)下,利用相电压合成电压矢量的表达式: (2)其中
3、,为三相静止坐标系向两相静止坐标系转换的变换系数,变换分为基于等功率的坐标变换和基于等量的坐标变换,这里选择等量的坐标变换,则,式(2)即为: (3)将式(1)的具体数值代入上式,则有: (4)这样就得到了开关状态下的电压矢量,按照同样的方法分析另外7种开关状态,可以分别得到每种开关状态所对应的电压矢量,总结为表1所示。表1 逆变器的不同开关状态对应的空间矢量表相电压矢量表达式矢量标号A相B相C相00000000010100111001011101110000观察上表可知,三相VSR逆变器在不同的开关组合时的交流侧电压可用一个模为的空间电压矢量在复平面上表示出来,这样就会得到8条空间矢量,如图
4、4所示。图4 电压矢量的空间分布与扇区分配显然触发电路每给逆变器发一组触发脉冲,就会在逆变器的交流侧得到一个电压矢量。SVPWM控制的最终目标是获得圆形的旋转电压矢量轨迹,在仅靠这8个电压矢量而不采取任何其它办法的情况下,就只能够得到轨迹为正六边形的旋转电压矢量。这与我们所追求的圆形旋转电压矢量相差甚远,必须引入多个中间矢量以逼近圆形的电压矢量轨迹,可以通过6个非零电压矢量和2个零电压矢量来合成我们所需要的中间矢量。虽然在同一时刻不可能存在两种开关状态,即不可能有两个电压矢量存在,但是若逆变器功率管的开关频率比其输出电压的频率高的多(100倍),每个电压矢量作用的时间极短,则就可以用基本的电压
5、矢量来合成中间电压矢量,以逼近圆形的电压矢量轨迹。2 SVPWM仿真模块的搭建上一节介绍了SVPWM控制技术的基本原理,本节的主要内容是介绍如何在Matlab/Simulink具体的实现这种技术。通过本节,要构建出一个可以实现这种SVPWM控制算法的模块,该模块的输入端为控制器发出的控制信号(),输出端应为6路触发脉冲。该模块主要包括以下子模块:n 扇区选择(Sector Selector)子模块;n 时间计算(Time Calculating)子模块;n 时间配合(Time Matching)子模块;n 触发脉冲产生(Pulses Genetator)子模块;2.1扇区的选择采用追踪电压型S
6、VPWM控制技术的PWM整流器,其追踪的电压指令就是控制器发出的电压指令,分别是两相静止坐标系下轴分量,它们均是时变的交流量,且相位相差。分别为电压指令在三相旋转坐标系下的分量。所谓追踪电压型的SVPWM,就是利用8个基本的电压矢量去追踪给定电压矢量。六个长度不为零的矢量将一个周期分成了6个扇区,为了减少管子的开关次数以及增加系统的稳定性,合成目标矢量采用其所在扇区最近两个基本矢量和两个零矢量共同合成。如图4所示,例如当电压矢量指令出现在第扇区时,应当用、来合成中间电压矢量以追踪电压指令。表2 基矢量选择表指令电压所在扇区选取的基电压矢量、但是,我们还必须知道,以上仅是在已知指令电压矢量所在扇
7、区下所进行的讨论,那么如何确定电压指令矢量所在的扇区?从图4可以看出,的正负可以决定矢量上半部分的三个扇区或者下半部分的三个扇区,剩下的任务就是判断在三个扇区中的哪一个,以区分、为例,考虑临界情况如下页图5所示:图5 临界扇区的判断由图(a)所示: (1)由图(b)所示: (2)式中为扇区,为方便起见,令: (3)则可得到第扇区的判别条件为: (4)同理,其它各个扇区都可以通过这种方法列出判别条件,最后可得到参考电压与电压指令所在关系如下表所示:表3 扇区判断表000111011001101010123456表中大于零时取1,小于零时取0,为扇区号。该算法可以很容易地判断电压指令所在扇区,且算
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