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1、电 力 电 子 技 术,Power Electronics,第4章 DCAC变换器,1,2,3,4,基本内容,近年来，一种新的脉宽调制技术，即空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM）技术在交流驱动系统中得到了广泛的应用，相应的数字计算方法形成的空间矢量脉宽调制与传统的三角波、正弦波比较获得脉宽调制信号的方法(SPWM)相比具有更多的优点。 SVPWM是一种基于空间旋转矢量的等效， SPWM是基于时域信号的等效。 SVPWM的调制过程是在矢量空间中完成的，而SPWM的调制过程是在三相abc坐标系下独立完成的，SVPWM更具有一致性
2、和整体性。 空间矢量PWM调制（SVPWM）具有能够减少谐波，改善波形质量，提高直流电压利用率等优点，同时易于数字化实现。,4.3 空间矢量PWM控制,4.3.1 概述,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2
3、电流型阶梯波逆变器,4.3.1 概述,SVPWM的思想是：在矢量空间用有限的静止矢量去合成和跟踪调制波的空间旋转矢量，使合成的空间矢量含有调制波的信息。 进行由时间坐标轴到空间坐标的变化，所形成的合成矢量是一个圆。 三相三桥臂变换器中总共有8种开关状态，转换到空间坐标上对应为8个开关矢量，其中有6个非零矢量及2个零矢量，合成矢量轨迹是位于这个六边形中的圆。 原理：PWM变换器的8个静止矢量按一定的规律切换可以在矢量空间用合成旋转的电压空间矢量来逼近电压矢量圆，从而形成SVPWM波形。,图4-47 二维空间矢量图,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器
4、的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型,三相电压型逆变器拓扑结构如图4-48所示，所谓三相电压型逆变器一般数学模型就是根据三相电压型逆变器拓扑结构，在三相静止坐标系（a，b，c）中利用电路基本定律（基尔霍夫电压、电流定律）对电压型
5、逆变器所建立的一般数学描述。 针对三相电压型逆变器一般数学模型的建立，通常作以下假设： 网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和； 功率开关损耗以电阻Rs表示，即实际的功率开关可由理想开关与损耗电阻Rs串联等效表示；,图4-48 三相电压型逆变器拓扑结构图,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3
6、.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型,为分析方便，首先定义单极性二值逻辑开关函数sk，为,（4-45）,将三相电压型逆变器功率管损耗等值电阻Rs同交流滤波电感等值电阻合并，且令，采用基尔霍夫电压定律建立三相电压型逆变器a相回路方程,当sa导通而sa关断时， sa =1，且uaN=udc；当sa关断而sa导通时，开关函数sa =1 ，且uaN=0。由于uaN=udc sa ，式(4-46)改写成,（4-46）,（4-47）,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类
7、4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型,同理，可得b相、c相方程如下,考虑三相对称系统，则,根据基尔霍夫电压定律,（4-50）,（4-50） （4-51） （4-52）,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4
8、.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型,（4-53）,联立式（4-47）（4-50），得,在图4-48中，任何瞬间总有三个开关管导通，其开关模式共有种，因此，直流侧电流可描述为,（4-54）,
9、图4-48对直流侧电容正极节点处应用基尔霍夫电流定律得,（4-55）,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,联立式(4-47) 式(4-53)，并考虑引入状态变量X，且 ，则采用单极性二值
10、逻辑开关函数描述的三相电压型逆变器一般数学模型的状态变量表达式为,4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型,式中,（4-57）,（4-56）,（4-58）,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆
11、变器,4.3.3 三相电压型逆变器 空间电压矢量分布,三相电压型逆变器空间电压矢量描述了三相电压型逆变器交流侧相电压 在复平面上的空间分布，由式(4-47) 式(4-49)，易得,式中 三相单极性二值逻辑开关函数。 将 种开关函数组合代入式（4-59） 式（4-61），即得到相应的三相电压型逆变器交流侧负载电压值，如表4-3所示。,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2
12、 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.3 三相电压型逆变器 空间电压矢量分布,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合
13、成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.3 三相电压型逆变器 空间电压矢量分布,其中 , 由于模为零而称为零矢量 。 显然，某一开关组合就对应一条空间矢量，该开关组合时的即为该空间矢量在三轴（a，b，c）上的投影。 上述分析表明，复平面上三相电压型逆变器空间电压矢量uk可定义,图4-49 三相电压型逆变器空间电压矢量分布,4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢
14、量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.3 三相电压型逆变器 空间电压矢量分布,上式可表达成开关函数形式，即,对于任意给定的三相基波电压瞬时值 ，若考虑三相为平衡系统，即 ，则可在复平面内定义电压的空间矢量,(4-64),（4-64）：如果 是角频率为 的三相对称正弦波电压，那么矢量U即模为相电压峰值，且以按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而在三相坐标轴(a，b，c)上的投影就是对称的三相正弦量。,（4-6
15、5）,(4-63),4.1 概述 4.1.1逆变器的基本原理 4.1.2逆变器的分类 4.1.3逆变器的性能指标 4.2 电压型逆变器（VSI） 4.2.1电压型方波逆变器 4.2.2电压型阶梯波逆变器4.2.3电压型正弦波逆变器 4.3 空间矢量PWM控制 4.3.1 概述4.3.2 三相电压型逆变器一般数学模型4.3.3 三相电压型逆变器空间电压矢量分布4.3.4 空间电压矢量的合成 4.4 电流型逆变器4.4.1电流型方波逆变器 4.4.2电流型阶梯波逆变器,4.3.4 空间电压矢量的合成,上述分析表明：三相电压型逆变器空间电压矢量共有8条，除2条零矢量外，其余6条非零矢量对称均匀分布在复平面上。对于任一给定的空间电压矢量U*，均可由8条三相电压型逆变器空间电压矢量合成，如图4-50所示。 对于任一扇形区域中的电压矢量，均可由该扇形区两边的电压型逆变器空间电压矢量来合成。,
