两电平SVPWM原理及仿真分析

两电平SVPWM原理及仿真分析陈坚，李铭舜，贾亦敏，刘海信，刘东洋，杨睿中国矿业大学信息与电气工程学院电气信息类11-7班摘要在工业生产与日常生活中，SVPWM技术的应用越来越普遍，越来越成熟。在异步电机调速方面相比于调压调速，传统SPWM调速等调速方法，性能更加优异。本文旨在总结介绍SVPWM基本原理，解释相关信息。通过理论分析与仿真实验阐述了SVPWM的一种简单实现方式，论证了相关原理的正确性，得出了一种可行的SVPWM实现方式。关键词：SVPWM圆形磁场调制度SVPWM原理简而言之：把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形磁场为目标来控制逆变器工作。三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想磁通为圆形，此为基准磁通。SVPWM利用逆变器不同的开关模式产生实际磁通，使其逼近基准磁通，由比较结果决定逆变器开关状态，形成PWM波形设直流母线侧电压为Udc，逆变器输出的三相相电压为UA、UB、UC，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。假设Um为相电压有效值，f为电源频率，则有：)3/2cos()()3/2cos()()cos()(mCmBmAUtUUtUUtU其中，ft2，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量U(t)就可以表示为：jmjCjBAeUetUetUtUtU23)()()()(3/43/2可见U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um为相电压峰值，且以角频率ω=2πf按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量U(t)在三相坐标轴（a，b，c）上的投影就是对称的三相正弦量。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：下桥臂导通上桥臂导通01xS(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U0(000)、U7(111)，下面以其中一种开关组合为例分析，假设Sx(x=a、b、c)=(100)，此时UdcUaUbUc矢矢U4矢100矢N0,,0,cNbNaNcdcNaNdcbNaNdccabcdcabUUUUUUUUUUUUUU求解上述方程可得：Uan=2Ud/3、UbN=-Ud/3、UcN=-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2-1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UabUbcUcaUaNUbNUcN000U0000000100U4Udc00dcU32dcU31dcU31110U6UdcUdc0dcU31dcU31dcU32010U20UdcUdcdcU31dcU31dcU31011U30UdcUdcdcU32dcU31dcU31001U100UdcdcU31dcU31dcU32101U5Udc0UdcdcU31dcU32dcU31111U7000000给出了八个基本电压空间矢量的大小和位置。电压空间矢量图其中非零矢量的幅值相同（模长为2Udc/3），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：或者等效成下式：00****TUTUTUTUyyxxref其中，Uref为期望电压矢量；T为采样周期；Tx、Ty、T0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U0包括了U0和U7两个零矢量。式（2-32）的意义是，矢量Uref在T时间内所产生的积分效果值和Ux、Uy、U0分别在时间Tx、Ty、T0内产生的积分效果相加总和值相同。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电压空间矢量图所示的圆形。所以要产生三相正弦波电压，可以利用以上电压向量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压向量由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向量可以用该区中相邻的两个基本非零向量与零电压向量予以合成，如此所得到的设定电压向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。调制度调制度=调制波幅值/载波幅值；一般SPWM里，调制波=正弦波，载波=三角波；输出幅度大小与调制度成正比。添加的内容电路原理图pulse1Judge_NuaubNGenerateSVPWMpulsetcm1tcm2tcm3svpwmCoordinatetransformUABCuaubCalculate_XYZUdcuaubTPWMxyzCalculate_T1T2xyzNT1T2CalculateSwitchingtimeNT1T2TPWMtcm1tcm2tcm3UABC3TPWM2Udc1XYZ计算T1T2计算切换时间计算脉冲形成扇区判断坐标变换搭建的整体的电路图参数：UdT三相正弦波参数A相B相C相步长和算法选择：最大步长10-6，ode23tb仿真时间0.6s三角波参数坐标变换电路扇区判断电路XYZ计算电路T1T2计算电路切换时间计算电路脉冲形成电路我的图的分步Ud=550Ud=330Ud=700坐标变换的波形Ud=550T=0.001Ud=550,T=0.00001