[论文]第三章空间矢量脉宽调制算法

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1、第三章空间矢量脉宽调制所谓PWM技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波的一门技术。目前已经提出并得到实际应用的PWM控制方案就不下十种，尤其是利用微处理器使PWM技术数字化以后，花样更是不断翻新，从最初追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦．再到磁通的正弦；从效率最优，转矩脉动最少，再到消除噪声等，PWM控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程。到目前为止，还有新的方案不断提出，进一步证明这项技术的研究方兴未艾。目前，多采用电压型PWM变频器同

2、时实现变压变频控制的目的[18]。通常电压型PWM变频器先将电源提供的交流电通过整流器变成直流，再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流电。采用PWM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。对于PWM控制技术，从控制思想上可分成四类：即等脉宽PWM法、正弦波PWM法（SPWM法）、磁链跟踪型PWM法和电流跟踪型PWM法。电气传动的PWM控制技术是调速传动的关键技术。PWM技术中应用研究的热点是正弦脉宽调制(SPWM)和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)。3.1SPWM技术和SVP

3、WM技术的概念与比较1）SPWM控制技术由于PWM变换器具有功率因数高、可同时实现变频变压及抑制谐波的特点，因此在交流传动及其他能量变换系统中得到广泛应用。最常用的PWM技术为正弦PWM(SPWM)。SPWM法是以三相正弦波(以对称电压为基准的正弦波称为调制波)与用一系列等幅的三角波(称为载波)相交，由它们的交点来确定逆变器的开关模式，使定子旋转磁场接近圆形。这种SPWM的脉冲宽度按正弦规律变化，因此可以有效地抑制低次谐波，使电机工作在近似正弦的交变电压下，转矩脉动小，大大扩展了交流电机的调速范围。SPWM已被广泛应用于

4、逆变器中，针对SPWM直流电压利用率低，又提出了一些改进办法，如三次谐波注入法。该方法有效地解决了直流电压利用率问题。但在电压闭环控制时存在调制波和注入的二次谐波如何同步的问题。另外，传统的高频三角波与调制波比较生成PWM波的方式适合模拟电路，不便于数字化方案实现。2）空间电压矢量PWM技术(SVPWM技术)80年代中期，国外学者在交流电机调速中提出了磁通轨迹控制的思想，进而发展产生了电压空间矢量(SpaceVector)的概念。其物理概念清晰，算法简单且适合数字化方案，故一经提出即受到关注，SVPWM目前也己经得到应用

5、。空间电压矢量PWM和电压正弦PWM不同，它是从电机的角度出发的，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场，即正弦磁通。它以三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想磁通圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，并用它们比较的结果决定逆变器的开关状态，形成PWM波形。由于该控制方法，把逆变器和电机看成一个整体来处理，所得模型简单，便于微处理器实时控制，并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高、低谐波成分、开关次数少和功率管功耗小等优点，同时，SVPWM还能很好的结合矢量控制算法，为矢量控制得实现提供得

6、很好的途径，以最大限度的发挥设备的性能。因此被越来越多的变频设备所采用。3.2电压型逆变器的电压状态及空间矢量理想电压型逆变器如图3-1，由三组、六个开关有问题组成。由于、、之间互为反向，即一个接通，另一个断开，所以三组开关有8种开关组合。把开关称为a相开关，用表示；，称为b相开关，用表示；称为c相开关，用表示。也可用简称表示三项开关、和。若规定，a，b，c三相负载的某一相与“+”极接通时，该相的开关状态为“1”态；反之，与“-”极接通时，为“0”态[21]。图3-1理想没有英文标题，建议重画该图电压型逆变器8种开关状态

7、可以分为两类：一类是6种工作状态，即表3-1中的状态“1”到状态“6”，它们的特点是三相负载并不都接到相同的电位上去；另一类是零开关状态，如表3-1中的状态“0”和状态“7”，它们的特点是三相负载都被接到相同的电位上去，对外来说，输出的电压都为零，因此统称为逆变器的零电压状态。如果图3-1所示的逆变器不断地改变其开关状态，即不断地给电动机定子绕组组成的不同回路施加电压，定子绕组的电压是随时间在空间上变换的，为此，引入空间矢量概念，使逆变器输出电压具有空间的意义。空间矢量PWM技术的目的是通过与基本的空间矢量对应的开关状态

8、的组合得到一个给定的定子参考电压矢量。根据矢量合成法则，将各相电压矢量相加，可得到三相合成电压空间矢量：（3.1）根据上式，把各电压状态下的逆变器三相输出电压矢量均匀的分布在()坐标平面上，如图3-2所示，逆变器的六个工作电压状态给出了六个不同方向的电压空间矢量，依次相差，幅值相同。按逆时针方向旋转，六个电压空间矢量