淺談SVPWM控制技術(shù)的基本原理

閆鍵++趙霞++趙錦榮++邊小軍++馬珂

[摘 ?要]分析SVPWM控制技術(shù)的基本原理，并結(jié)合SVPWM的基本原理探討逆變器電壓的輸出模式。

[關(guān)鍵詞]SVPWM ?原理 ?矢量 ?逆變器

中圖分類號(hào)：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0112-01

1 SVPWM的基本原理

空間矢量PWM從電機(jī)的角度出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，即磁通正弦。它以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)交流電機(jī)的理想磁通圓為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，并由它們比較的結(jié)果決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，形成PWM波形。由于該控制方法把逆變器和電機(jī)看成一個(gè)整體來處理，所得的模型簡(jiǎn)單，便于微處理器實(shí)時(shí)控制，并具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲低、電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因此目前無論在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)或閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中均得到廣泛的應(yīng)用。

設(shè)交流電機(jī)由理想三相對(duì)稱正弦電壓供電，有

（1）

其中，為電源線電壓的有效值;為相電壓的有效值;電源電壓的角頻率，。

由于三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組空間上呈互差1200分布，定義電壓空間矢量為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中，為電壓空間矢量，考慮到不同的變換，可以取不同的值，如功率不變，電壓電流幅值不變等。所采用交流電機(jī)的定子坐標(biāo)系如圖1所示。

2 逆變器電壓的輸出模式

圖2給出了電壓源型PWM逆變器——異步電動(dòng)機(jī)示意圖。

對(duì)于180o導(dǎo)電型的逆變器來說，三個(gè)橋臂的六個(gè)開關(guān)器件共可以形成8種開關(guān)模式。用分別標(biāo)記三個(gè)橋臂的狀態(tài)，規(guī)定當(dāng)上橋臂器件導(dǎo)通時(shí)橋臂狀態(tài)為1，下橋臂導(dǎo)通時(shí)橋臂狀態(tài)為0，這樣逆變器的八種開關(guān)模式對(duì)應(yīng)八個(gè)電壓空間矢量，其中為直流側(cè)電壓。

在逆變器的八種開關(guān)模式中，有六種開關(guān)模式對(duì)應(yīng)非零電壓空間矢量，矢量的幅值為;有兩種開關(guān)模式對(duì)應(yīng)的電壓矢量幅值為零，稱為零矢量。當(dāng)零矢量作用于電機(jī)時(shí)不形成磁鏈?zhǔn)噶?而當(dāng)非零矢量作用于電機(jī)時(shí)，會(huì)在電機(jī)中形成相應(yīng)的磁鏈?zhǔn)噶俊?/p>

對(duì)于每一個(gè)電壓空間矢量，可由圖2求出各相的電壓值，再將各相的電壓值代入式（3），可以求得電壓空間矢量的位置。下面以開關(guān)狀態(tài)為例，即開關(guān)導(dǎo)通，其余關(guān)斷。逆變電路的形式可以變?yōu)锽相和C相并連后再和A相串連的形式，易得。將其數(shù)值代入式（3），可得。采用同樣的方法可以得到如表1所示的逆變器空間電壓矢量。

由于SVPWM控制的是逆變器的開關(guān)狀態(tài)，在實(shí)際分析逆變器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)時(shí)，可以通過分析逆變器輸出的電壓空間矢量來分析電機(jī)定子電壓的空間矢量，下面給出證明。

設(shè)逆變器輸出的三相電壓為，由圖3.2可求出加到電機(jī)定子上的相電壓為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （10）

其中，為電機(jī)定子繞組星接時(shí)中點(diǎn)0相對(duì)于逆變器直流側(cè)點(diǎn)的電位。

電機(jī)定子電壓空間矢量為

（11）

而由三角函數(shù)運(yùn)算知。因此，逆變器輸出的電壓空間矢量為

（12）

由式（12）可知，在PWM逆變器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)電機(jī)定子電壓空間矢量的分析可以轉(zhuǎn)化為對(duì)逆變器輸出電壓空間矢量的分析。這時(shí)，在求解表1時(shí)，可以直接利用逆變器輸出的電壓合成得到，即A，B，C三相輸出電壓值只有和兩個(gè)值。

當(dāng)逆變器輸出某一電壓空間矢量時(shí)，電機(jī)的磁鏈空間矢量可表示為

（13）

其中，為初始磁鏈空間矢量;為的作用時(shí)間。當(dāng)為某一非零電壓矢量時(shí)，磁鏈空間矢量從初始位置出發(fā)，沿對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量方向，以為半徑進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)為一零電壓矢量時(shí)，，磁鏈空間矢量的運(yùn)動(dòng)受到抑制。因此合理地選擇六個(gè)非零矢量的施加次序和作用時(shí)間，可使磁鏈空間矢量順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)形成一定形狀的磁鏈軌跡。在電機(jī)控制當(dāng)中盡量使磁鏈軌跡逼近正多邊形或圓形。同時(shí)，在兩個(gè)非零矢量之間按照一定的原則，比如開關(guān)次數(shù)最少，插入一個(gè)或多個(gè)零矢量并合理選擇零矢量的作用時(shí)間，就能調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度。

3 結(jié)論

SVPWM的基本思想是如何獲得圓形的磁鏈，本文首先闡述了SVPWM的基本原理，并結(jié)合SVPWM的基本原理探討逆變器電壓的輸出模式。

參考文獻(xiàn)

[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992