《7段式控制理论学习》由会员分享，可在线阅读，更多相关《7段式控制理论学习（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、图 1-1 逆变电路由于逆变器三相桥臂共有6 个开关管，为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的 空间电压矢量，特定义开关函数 Sx(x=a、b、c) 为：1上桥臂导通S = (1-4x0下桥臂导通(Sa、Sb、Sc)的全部可能组合共有八个，包括6个非零矢量Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零矢量 UO(OOO)、U7(111)，下面以其中一种开关组U 二 U ,U 二 0, U =-Uabdc bccadcU - U = U ,U - U = U(1-5)aNbNdcaNcNd cU + U + U = 0aNbNcN
2、求解上述方程可得：Uan=2Ud/3、UbN二-Ud/3、UcN二-Ud/3。同理可计算出其它各种组合下的空间电压矢量，列表如下：表 1-1 开关状态与相电压和线电压的对应关系SaSbSc矢量符号线电压相电压UabUbcUcaUaNUbNUcN000U0000000100U4Udc0-Udc2 U3 dc-1U3 dc-1U3 dc110U60Udc-Udc1U3 dcs3 dc-2 U3 dc010U2-UdcUdc0-1U3 dc3 Udc-1U3 dc011U3-Udc00-U3 dcs3 dc1U3 dc001U10-UdcUdc-1U3 dc-1U3 dc-U3 dc101U5Udc
3、-Udc0丄U3 dc- U3 dc丄U3 dc111U7000000图 1-2 给出了八个基本电压空间矢量的大小和位置。血范VILXUD)二底区的12LIOQ图 1-2 电压空间矢量图其中非零矢量的幅值（指非零矢量代表的开关状态下三相合成矢量的幅值）相同（Oho77 注：在a B坐标系下,模长为2Udc/3；如果是在三相静止坐标系下，模长为Ude）,相邻的 矢量间隔 60，而两个零矢量幅值为零，位于中心。在每一个扇区，选择相邻的两个电压 矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区内的任意电压矢量，即1-6)JTsU dt = bu dt + fTx+TyU dt + JTsUdt0 r
4、ef0 xtyt +t0xx y或者等效成下式：U *T 二U *T + U *T + U *T（1-7）ref s x x y y deact 0其中，Uref为期望电压矢量；Ts为开关周期；Tx、Ty、TO分别为对应两个非零电压矢 量Ux、Uy和零电压矢量U0在一个采样周期的作用时间；其中Udeact可表示U0或U7两 个零矢量。式（1-7）的意义是，矢量Uref在Ts时间内所产生的积分效果值和Ux、Uy、U0 分别在时间Tx、Ty、TO内产生的积分效果相加总和值相同（oho77注：由于在Ts时间内认 为 Uref 的角度是不变的，所以通过计算时间 Tx、 Ty、 T0 这种方式实现的 S
5、VPWM 是一种规 则采样）。由于三相正弦波电压在电压空间向量中合成一个等效的旋转电压，其旋转速度是输入电 源角频率，等效旋转电压的轨迹将是如图 1-2 所示的圆形。所以要产生三相正弦波电压， 可以利用以上电压矢量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压矢量由U4（100）位置 开始，每一次增加一个小增量，每一个小增量设定电压矢量可以用该区中相邻的两个基本非 零向量与零电压矢量予以合成，如此所得到的设定电压矢量就等效于一个在电压空间向量平 面上平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的。oho77注：实际上式（1-7）并不是SVPWM调制的专属表达式，在SPWM调制中一样成立
6、。SVPWM 法则推导三相电压给定所合成的电压矢量旋转角速度为3 =2n f,旋转一周所需的时间（三相正 弦波周期）为T=l/f；若载波频率（开关频率）是fs,则频率比为R=T/Ts=fs/f。这样将电 压旋转平面等切割成R个小增量，亦即设定电压矢量每次增量的角度是：Y =2n /R=2n f/fs=2n Ts/T。今假设欲合成的电压矢量Uref在第I区中第一个增量的位置，如图1-3所示，欲用U4、U6、U0及U7合成，用平均值等效可得：Uref*Ts=U4*T4+U6*T6。图1-3电压空间向量在第I区的合成与分解在等幅值变换下的两相静止参考坐标系（a , p ）中（下文所有a p坐标系下的
7、论述，都以等幅值变换为前提，令Uref和U4间的夹角是8，由正弦定理可得：TT兀IU Icos e= Tl U I + fl U Icos -轴refT 4 T 63 s s （1-8）T兀IU I sinO = -6 I U I sin B轴refT 63s因为|U4| = |U6|=2Udc/3 （a P坐标系下），|U4| = |U6|=Udc （三相静止坐标系下）所以可以得到各矢量的状态保持时间为：r兀T = mT sin（ O）（1-9） T + T恒成立s 46即保证1兀m 厂、(0 -),sin -O | + sinO313丿即m (0 O )恒成立 53sin 一+O13丿因为
8、sin兀(0 9-)故当m T + Ts 4 6几何法求 m 范围：若要求Uref的模保持恒定，则Uref的轨迹为一圆形；若要求三相电压波形不失真(即不饱 和)，则Uref的轨迹应在正六边形内部；结合此两点可知Uref的模取最大值时的轨迹为正 六边形的内切圆，此时m=l,故m=l。而零电压矢量所分配的时间为：T7=T0=(TS-T4-T6)/2(1-10)或者 T7=(TS-T4-T6)(1-11)得到以U4、U6、U7及U0合成的Uref的时间后，接下来就是如何产生实际的脉宽调制 波形。在 SVPWM 调制方案中，零矢量的选择是最具灵活性的，适当选择零矢量，可最大限 度地减少开关次数，尽可能
9、避免在负载电流较大的时刻的开关动作，最大限度地减少开关损 耗。一个开关周期中空间矢量按分时方式发生作用，在时间上构成一个空间矢量的序列，空 间矢量的序列组织方式有多种，按照空间矢量的对称性分类，可分为两相开关换流与三相开 关换流。下面对常用的序列做分别介绍。7 段式 SVPWM我们以减少开关次数为目标，将基本矢量作用顺序的分配原则选定为：在每次开关状态 转换时，只改变其中一相的开关状态。并且对零矢量在时间上进行了平均分配，以使产生的 PWM对称，从而有效地降低PWM的谐波分量。当U4(100)切换至U0(000)时，只需改变A相 上下一对切换开关，若由U4(100)切换至U7(ll 1)则需改
10、变B、C相上下两对切换开关，增 加了一倍的切换损失。因此要改变电压矢量U4(100)、U2(010)、U1(001)的大小，需配合零 电压矢量U0(000),而要改变U6(110)、U3(011)、U5(101)，需配合零电压矢量U7(111)。 这样通过在不同区间内安排不同的开关切换顺序， 就可以获得对称的输出波形，其它各扇 区的开关切换顺序如表 1-2 所示。表 1-2 UREF 所在的位置和开关切换顺序对照序以第I扇区为例，其所产生的三相波调制波形在时间Ts时段中如图所示，图中电压矢量出现的先后顺序为UO、U4、U6、U7、U6、U4、U0，各电压矢量的三相波形则与表1-2中的开 关表示
11、符号相对应。再下一个TS时段，Uref的角度增加一个Y，利用式（1-8）可以重新 计算新的 TO、 T4、 T6 及 T7 值，得到新的合成三相类似表（1-2）所示的三相波形；这样每一个载波周期TS就会合成一个新的矢量，随着8的逐渐增大,Uref将依序进入第I、II、III、W、V、W区。在电压向量旋转一周期后，就会产生R个合成矢量。5段式SVPWM （实际上是DPWMMAX, oho77注对7 段而言，发波对称，谐波含量较小，但是每个开关周期有6 次开关切换，为了进一 步减少开关次数，采用某相开关在每个扇区状态维持不变的序列安排，使得每个开关周期只 有4 次开关切换，但是会增大谐波含量。具体序列安排见下表。
