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文档简介

中国矿业大学徐海学院本科生毕业设计姓名王瑞学号22110309学院中国矿业大学徐海学院专业电气工程及其自动化设计题目T型三电平变换器的虚拟SVPWM仿真研究专题指导教师叶宗彬职称副教授年月徐州中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书专业年级电气11学号22110309学生姓名王瑞任务下达日期2014年12月5日毕业设计日期2015年3月7日至2015年6月9日毕业设计题目T型三电平变换器的传统SVPWM仿真研究毕业设计专题题目毕业设计主要内容和要求【1】了解传统SVPWM调试的原理,理解T型拓扑结构,三电平变换器功能【2】掌握传统SVPWM下的区域判断,时间计算【3】学会运用MATLAB/SIMULINK仿真【4】使用软件构建传统SVPWM的个个区域模块,时间模块构建,区域判断模块构建【5】在仿真构建T型拓扑下的三电平变换器并且通过传统SV调试导入其中12路脉冲出图【6】分析图像波形并且比较稳定性【7】寻找近5年的外文文献并且翻译指导教师签字郑重声明本人所呈交的毕业设计,是在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属于培养单位。本人签名日期中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等)成绩指导教师签字年月日中国矿业大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等)成绩评阅教师签字年月日中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩答辩情况回答问题提出问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩答辩委员会主任签字年月日学院领导小组综合评定成绩学院领导小组负责人年月日摘要三相三电平逆变器具备输出电压谐波含量小及小,EMI小等DTV优势,是高压大功率逆变器应用领域的专研的热门之一。三相二极管中点箝位型三电平逆变器是三相三电平逆变器的重点拓扑之一,已经在实践中运用。三相T型三电平变换器,是建立于三相二极管中点箝位型三电平逆变器中的一种改良拓扑构造。在这种逆变器(变换器)中,为了使逆变器输出为三电平电压,每个桥臂经过反向串联的开关管完成中点箝位性能。该拓扑比三相二极管中点箝位型三电平拓扑每相减少了两个箝位二极管,能够降低耗损和缩减逆变器大小。本文介绍了三相T型三电平变换器(逆变器)的拓扑,紧接着又解析了其工作原理和换流方式。并且通过运用MATLAB的SIMULINK仿真出拓扑结构图,对空间矢量调制方法(SVPWM)和实现具体步骤进行说明,其中包括空间矢量图的模型和各个区域矢量电压的时间和空间矢量的区域分类。通过MATLAB/SIMULINK环境对这几种方法进行了仿真,仿真实验表明了这几种方法的有效性。本文首先介绍了三电平逆变器的工作原理,以及空间电压矢量控制技术的基本原理。其次,详细分析了传统三电平SVPWM算法,对每个主要模块都提出MATLAB仿真方法,归纳总结仿真技巧关键词三电平变换器(逆变器)T型拓扑空间矢量脉冲调节ABSTACTTHEREARESEVERALADVANTAGESOFTHETHREEPHASETHREELEVELINVERTERITSOUTPUTVOLTAGEHARMONICCONTENTASWELLASTHEVALUEOFDV/DTANDEMIISQUITESMALLSOITISAHOTSPOTINTHEHIGHPRESSUREHIGHPOWERINVERTERAPPLICATIONRESEARCHTHETHREEPHASEDIODENEUTRALPOINTCLAMPEDTHREELEVELINVERTERISAMAINTYPEOFTOPOLOGYOFTHREEPHASETHREELEVELINVERTERSANDITHASBEENWIDELYAPPLIEDTHETHREEPHASETTYPETHREELEVELINVERTERISANADVANCEDTYPEOFTOPOLOGYBASEDONTHETHREEPHASEDIODENEUTRALPOINTCLAMPEDTHREELEVELINVERTERTHENEUTRALPOINTOFTHEINVERTERISCLAMPEDBYSERIESOPPOSINGSWITCHESOFEACHBRIDGEARMINTHISWAY,THEOUTPUTVOLTAGEOFTHEINVERTERHASTHREELEVELSCOMPAREDWITHTHETHREEPHASEDIODENEUTRALPOINTCLAMPEDTHREELEVELINVERTER,TWOCLAMPINGDIODESAREREDUCEDINEACHPHASEOFTHEINVERTER,WHICHCANREDUCETHELOSSESANDINVERTERSIZEITISAVERYPROMISINGTOPOLOGYTHENSIMULATIONSONTHEMENTIONEDMETHODSARECONDUCTEDINTHEMATLAB/SIMULINKENVIRONMENT,ANDTHESIMULATIONRESULTSVERIFYTHEEFFECTIVENESSOFTHESEMETHODSATLAST,THEHARDWAREDESIGNOFTHETHREEPHASETTYPETHREELEVELGRIDCONNECTEDINVERTERISINTRODUCEDTHISPAPERFIRSTLYDESCRIBESTHEOPERATIONPRINCIPLEOFTHREE一LEVELINVERTERS,ANDTHEBASICPRINCIPLEOFSPACE一VECTOR一PWMSECONDLY,ITANALYSESTHECOMMONMETHODOFSVPWM,PROVIDESTWOSIMULATIONMETHODSFOREVERYIMPORTANTMODEL,SUMMARIZESTHESIMULATIONSKILLSKEYWORDSDIODETHREE一LEVELINVERTERTTYPESVPWMSIMULATION目录1绪论111三电平研究的意义112三电平技术简介2121定义2122研究现状3123拓扑结构4124控制算法4125优缺点42三相T型三电平逆变器工作原理分析621三电平拓扑结构6211概述622多电平逆变器的拓扑研究6221二极管箝位型逆变器6222飞跨电容箝位型逆变器723三相T型三电平逆变器原理分析8231拓扑分析8232换流过程分析93三电平空间矢量原理1231三电平空间矢量简绍1232三电平SVPWM算法原理及控制策略13321两电平SVPWM算法原理14322三电平SVPWM算法原理1733区域判断1934时间计算2135时间状态分配224传统算法MATLAB仿真技巧及仿真实践2441仿真思路24411参考矢量采样运用合成法【9】24图41参考电压矢量仿真图2542区域判断2543时间计算仿真2644时间状态分配2845仿真波形分析3146仿真总结345总结与展望35参考文献37翻译部分38英文原文38英文翻译45致谢551绪论11三电平研究的意义现在环境污染严重和能源资源短缺是人类当前面临的重大难题。从20世纪70年代以来前后度过了两次世界性能源危机。在现在环境状况十分糟糕的情况下世界各国已经对节能技术加大关注。我国动力能量消费和生产能名列世界前列,但还远远满足不了工业生产和人民生活日常所需。因为电能紧缺,正常的生产秩序被打乱,从而导致庞大的经济损失在资源(能源)缺乏的情况下,仍然具有很严重的浪费现象。比如,在工业用电中,高压大功率电机下运行的风机、水泵这类设备就站很高的能源浪费比例,这些设施每天都在耗费大批的电能资源,假如采纳高压大容量变频调速安装策略拖动交流电机,对降低缩小能耗能够带来显著效果2。在轧钢、水泥、煤炭、铁路及船舶等重工业和日常生活范畴也具备很大的一部分使用中容量高性能交流电机调速系统。此时,交流调速系统的使用可改善工艺条件,实现以整个系统功能最优为优先选择的情况下,明显增加产出效率和产品质量。此外,处理环境污染的重要途径开展高速公共交通系统如电力机车、城市地铁和轻轨,其重点是大容量交流电机调速技术。但是,在交流调速、电力电子设备等非线性工具设备在工业、交通及日常活动中的大批应用的情况下,会使电网中无功功率和谐波污染日益严重。电力系统中所具有的无功和谐波限制了电能的高效生产、传输和利用,同时很大方面制约了电器设施运转的可靠性,严重时会带来损坏设备、危及电网安全的状况。以此研制出的以柔性交流输电系统FACTS技术为代表的大功率电力电子技术在电力系统中可大幅度改善电力系统可控性和增强其系统的可靠性以及加强输电线路的传输性能及系统的安全稳固功用。在柔性交流输电系统中,采纳高压大容量电力电子装置形成的无功补偿和电力有源滤波器无疑是一个发展趋势。从20世纪90年代以来,以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的开展令人注目,并在此基础上产生了很多先进功能优异的高压大容量变动拓扑构造,成为国内外学者和工业界研讨的重要课题项目,使得传统意义上的大功率应用领域中占主导地位的SCR、GTO及其变换器结构遭到很大意义上的威胁。1980年,日本长冈科技大学的等人在IEEE工业应用IAS年会上首次提出了中点箱位式三电平逆变器。它的出现在高压大功率逆变器的开发研讨路上开拓了一条新的思绪想法,之后在高压大容量变换器件下得到了广泛的使用1。通过实验对三电平逆变器拓扑构造的剖析,各国专家学者又提出了许多不同结构的构想列如,多电平变换器,如二极管箱位式、飞跨电容式和级联式等。这些拓扑形式是为了以尽量多的电平输出来的波形来接近理想的SIN波形,以此来削弱输出波形中的谐波影响,在吸取高压的同时,也减少了器件上的高压应力。比较于传统的大容量逆变器(变换器)结构,多电平逆变器在扩大高压电压容量和提高性能之间实现了良好的结合,成为电力电子体系里的一个新的范畴和重要分支。但是在研究和应用三电平及高电平电路中,因为很多的开关器件和电路自身问题,其中重要的难点就是中点电位不平衡问题,要想解决这个问题就得合理控制其开关状态。而高频脉冲序列替代期望输出电压及脉宽调制PWM控制技术随着电压型逆变器的应用逐渐受到广泛关注与应用,且逐渐成为变换器研发和应用中的共性且核心技术之一,同理多电平变换器更是如此3。PWM控制技术就是控制逆变器中电力电子器件的开通或关断,输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列,用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压用来实现输出变频、调压并有效地控制和消除谐波的一种技术。在传统两电平变换器PWM控制技术有诸多成熟的PWM方法比如包括载波调制法、谐波消除法和电压空间矢量调制法等。而这些PWM控制思维同样能够应用到控制多电平变换器中。多电平PWM控制关键核心技术是多电平技术的研究。但是多电平变换器PWM调控的特点和难点有指标多、性能指标要求高,其PWM控制技术较复杂等7。但是,多电平变换器的基础是三电平变换器的构造中,并且三电平变换器的研究是建立于多电平研究的方法之上的,而且三电平变换器的PWM控制技术简单方便于其他多余三电平的PWM控制技术,但高电平拓展用于起来更方便于两电平。所以,研究和应用多电平控制技术首先应先从三电平PWMPWM控制技术的研究做起。综合上述,对于研究三电平变换器PWM控制技术为理论和工程应用实践带了巨大价值9。12三电平技术简介121定义三电平变换器的桥臂上是由4个电力半导体器TERLVLIN一TRE件组成。此技术在高压大功率变频调速方面运用广泛。虽然,未ANABE明确提出多电平变换器的概念,但是该逆变器本身就是二极管钳位三电平变换器的雏形,是根据多电平变换器所构RTLOLAMPD3DIO成。在过去两电平逆变器的高压大容量应用中,通常使用串并联方式的功率开关器件,要求一切串并联的开关器件要同时通断,所有开关器件的开关特质要完全一致。而因为器件匹配的吻合水平不能适时配合所以使开关器件的使用因数降低,利用这种计划实践起来十分费事且性能很难实现。交一直一交变频方式也被用于很多情况下,在这种形式中,或是将多个低压小容量变换器采纳多重化取得高压大功率,或是采用低压变换器在交流输出侧和交流输入侧。能够看出以上两种措施均采用了笨拙、高价、耗能的变压器,且关于第二种方法还会呈现中间环节电流过大,系统效率降低,5可靠性降低,低频时能量传输艰难等诸多缺陷,人们想采纳快速直接的高压变换器形式,这就必须要求更高的器件对于变换器来说,特别是要求接受很高的电压应力,因而,人们提出了一种经过变换器本身拓扑构造的改良,完成既无需升降压变压器,又不加均压电路的多电平变换器4。多电平逆变器作为一种新型的逆变器类型,其发展的愿景是为了克制传统逆变器较高的所惹来的开关应力等毛病,出发点是经过对主电DTIY,路拓扑构造的改良,使一切功率器件任务在基频以下,达到减小开关应力,改善输出波形的目标,但因多电平电路所需的功率器件较多,所以从加强性能比角度,它更适合于大功率场所。多电平逆变器因为导出电压电平数的放大13,使得输出波形具备更好的谐波频谱,每个开关器件所接受的电压应力较小,且无需均压电路,开关器件在输出电压基频以下开关损耗小,可防止大的所招致的各种难题。尤其是八十年代以来,以GTO,IGBT为代表的第DTY三代电力电子器件,以及以DSP为代表的智能调制新片的迅速遍及,为这种新型多电平变换器的研讨和实践使用提供了须要的物质基础10。122研究现状基于电压型三电平逆变电路的多电平逆变电路,特别是三电平逆变电路已进入实用化阶段,对其进行研究和剖析很有实际意义。个别以为多电平逆变器是设立在三电平逆变器的基础上,依照相似的拓扑构造拓展而成的。电平数越多,所取得的阶梯波电平台阶越多,从而越靠近正弦波,谐波成分越少。但这种理论上可达到随意N电平的多电平逆变器,在实践使用中因为遭到硬件条件和管理复杂性的制约,通常在谋求性能指标的前提下,并不追求过高的电平数,而以三电平最为实际。国外也有对七电平及更高电平的研讨,但都还不成熟,特别受硬件条件和管理功能的制约,还处于理论研究阶段161718。123拓扑结构三电平拓扑构造类型较多,大抵能够分为二极管钳位型、飞跃电容型和独立直流电源级联多电平三种拓扑结构,其中二极管钳位型多电平拓扑构造使用最普遍。它能有效地进步改善换流系统的耐压、减少导出电压谐波和开关损耗,在电力系统的大功率使用中遭到广泛的关注。124控制算法目前三电平逆变器的关键任务调制措施有消谐波PWM法,开关频率最优PWM法和空间矢量PWM法等。现在在这些措施中,空间电压矢量法是较为优越和使用普遍的一种,其优越性如下在大范围的调制比内有很好的功能,没必要其它调制方法所须的大批角度数据,母线电压利用率高。调制措施的研讨是三电平逆变器研究的一个热点问题。11PWM法SPACEVECTORPWM,简称SVPWM,载波调制法又有移相载波法PHASESHIFTEDCARRIERPWM和载波层叠法CARRIERDISPOSITIONPWM之分。基于载波的多电平逆变器PWM调制措施,主要有特定谐波消除法SHEPWM、开关频率优化PWM方法SFOPWM、载波带频率变化的PWM方法、混合载波PWM方法等。12按照开关频率的高低,也能够将多电平逆变器的PWM调制措施分为基频调制和高频调制。其中,基频调制是指在输出电压的一个工频周期内,每个开关器件只开关一次或两次,输出发生的输出电压为阶梯波。这类PWM调制方法主要包括阶梯波调制法和开关点预测调制法。高频调制是指在输出电压的一个工频周期内,每个开关器件屡次开关举措。这类PWM调制措施主要包含正弦脉宽调制和空间矢量调制。在上述的多电平逆变器的PWM调制方法中,空间矢量调制法适用于三电平至五电平的逆变器,移相载波PWM法,则适用于级联式多电平逆变器电路。因为开关频率优化PWM调制措施在正弦调制波中加入了三次谐波,因此这种PWM法只适用于三相多电平逆变器。而关于单相具备独立直流电源的级联式多电平逆变器,移相载波PWM法成果最好,能够很好地减小导出谐波。125优缺点三电平电路具有如下优点2021L任何时刻处于关断形态的开关器件接受的压降减小,更适合大容量高电压的场所。2可生成多层阶梯形输出电压,对阶梯波再作调制能够获得很好近似的正弦波,理论上进一步改善电平数可接近规范正弦波形、谐波含量很小。3电磁千扰EMI大大改善,由于开关元件一次举措的通常只需传DTY统双电平的一半。4效率高。打消相同谐波,两电平PWM控制法开关频率高、损耗大,而三电平逆变器可用较低频率进行开关举措,损耗小、效率提高。5主要高次谐波远高于开关频率。但是,三电平变换器也并非毫无故障,它的主要弊端为L必要较多的开关器件。2调制算法复杂。3存在电位不平衡原因。2三相T型三电平逆变器工作原理分析21三电平拓扑结构211概述三电平逆变器的最初构造是多电平逆变器。它不仅仅是因为构造简略、用法大众,并且调制方法相对简单,三电平的分析研究组成多电平逆变器的根基,其它多电平逆变器均是以三电平逆变器作为相似的拓扑结构的拓展组成。总的说来,,三电平逆变器的根本拓扑二极管箱位式、飞跃电容式、带区别直流的电源串联式。三电平逆变器的各种的拓扑构造的优点大多近似,列如,它们都是为了用于大容量、高电压的变频场所,在较低的运行频率下其获得较好的波形开关损耗低,效率高,降低了电磁干扰电路。然而,带区分直流电源串联式电路拓扑需求独立的直流电源,限制使用飞越电路拓扑增加不便的电容器电容数量时,它使调试的执行更加复杂。由此,要选择的二极管钳位拓扑作为三电平逆变器主电路22多电平逆变器的拓扑研究在多电平逆变器的研究过程中,产生了多种拓扑构造。市面上运用较多的多电平的电路拓扑主要有三种1二极管箝位型逆变器DIODECLAMPEDINVERTER;2飞跨电容箝位型逆变器FLYINGCAPACITORINVERTER;3具备独立直流电源的级联型逆变器CASCADEDINVERTERWITHSEPARATEDDCSOURCES221二极管箝位型逆变器二极管钳位(NPC)三电平图逆变器拓扑。根据两个电容分压电容器C1和C2的增加值的三相两电平全桥逆变器的拓扑结构,以及它们的添加所有2桥臂开关和两个钳位二极管。拓扑钳位二极管使用电压端子的半桥式分支被连接到所述DC电压的接触,并克服了短路能力。不管为每个相腿上面两个开关的驱动信号的死区时间是互补的两个开关的驱动信号。A相列,当开关SA1,SA2同时开启的,当SA3的同时SA4中关闭,相对于直流侧张力基准点O点的水平运行导出终端A当SA2级,SA3的同一行和SA1时SA4中同时关闭,对0级O级的输出作为下一个基准;当开关SA3导通,当开关SA4中的驱动时间,从SA1,SA2中立即关闭,与A级0级的输出中较低的情况下。且逆变器输出端的电位在UDC/2和0之间或0和UDC/2之间变化。因而,逆变器的结果电平有三种。逆变器输出的电平与开关形态的关系可以看表得出。图21二极管箝位型三电平逆变器输出电平与开关状态关系表21T型三电平逆变器输出电平与开关状态关系(常用工作方式)SA1SA2SA3SA4输出电平通通断断UDC/2断通通断0断断通通UDC/2222飞跨电容箝位型逆变器二极管钳位三电平逆变器拓扑具有大量钳位必要二极管的缺点,为了提高这方面的不足,1992年年度会议研究钳位三电平逆变器提出了插图显示了飞跨电容型三电平逆变器拓扑结构,其特点是箝位二极管被箝位电容所替代,而直流侧分压电容稳定。在实践没有故障时,飞跨电容上的其1/2电压在其直流侧电压下,工作原理与二极管箝位型三电平逆变器类似。飞电容型三电平逆变器输出的优势主要出口较小电压谐波含量,与另一个开关组合允许电容电压的平衡,其弊端是必要的钳位电容没法去掉。图22飞跨电容箝位型三电平逆变器拓扑图23三相T型三电平逆变器原理分析231拓扑分析T型三相三电平逆变器拓扑,如图所示。在三相电压电容器增加了两个点,二级全桥逆变器,以零电位参考点之间的容量的拓扑。桥臂和各相的输出之间O点增加了两个反串联与续流二极管的开关。在A阶段,例如,是当开关接通SA1,SA2,SA3,SA4关闭同时的动作,对零电位相对于基准点O点水平UDC为/2的直流侧的输出当开关SA2级,SA3的同时接通时SA1中在SA4中被关闭输出电平相对于O点的A0SA4中当开关导通时,SA1,SA2,SA3,而它被关闭时,输出端是A点UDC/2的相对级别的输出电压为0VDC/2,UDC/2三种级逆变0,P,N表示三个状态,在0状态臂输出端连接在中心的DC侧,P状态表示桥臂输出端连接到的总线N中的正极端子到桥臂的输出信号的状态设置有被连接到直流总线负端。如表22所示。和NPC三电平逆变器拓扑,但是,T型三相三电平逆变器减去两电平每相二极管,总共节省6个钳位二极管。能够降低成本,减少逆变器的大小,小型化量,也降低了部件的数量增加了逆变器的可靠性。然而,三相电压强度要求的T型三电平逆变器开关的增加,SA2中,SA3以及三相三电平NPC逆变器的电压要求V直流/2和SA1中,SA4中的三相三电平NPC逆变器的电压要求UDC/2提高232换流过程分析三相T型三电平变换器通过方式推动上述工作,其缺点是负载电流换向受到影响。如果从逆变器到负载的负载电流的方向,提供了正确的目标对象。显示如图28,当从状态P到逆变器的0状态形成时,负载电流正方向后先打开SA1中关断SA1之后先开通SA2后开通SA3,换流结束后,负载电流通过SA2以及SA3的反并联二极管。如图29所示,如果负载电流方向为负,就要求先关断SA1之后再开通SA3后,开通SA2,换流结束后,负载电流流过SA3和SA2的反并联二极管。表22T型三电平逆变器输出电平与开关状态关系SA1SA2SA3SA4输出电平通通断断UDC/2断通通断0断断通通UDC/2图23负载电流方向为正时A相换流过程图24负载电流方向为负时A相换流过程18为了避免这种缺点,工作的更常见的方式,因为这种类型的合作与NPC三电平逆变器的工厂。在A阶段,例如,当开关SA1,SA2被同时接通,SA3的,SA4中从相同的时间,零对用于UDC为/2的基准点O点平的直流侧电势相比较输出,并且如果开关SA2,SA3的同时导通和SA1,SA4中同时停用,输出端O点A对比度为0时,开关SA3中SA4中接通同时,SA1,SA2,而在输出端A的关闭状态是O点的量UDC/2如表23。和开关SA1和SA4中不能开启不考虑死区时间,开关SA1和驱动脉冲SA3中,SA2完成。开关状态不能在P之间转换和N必须由零状态来过度。表23T型三电平逆变器输出电平与开关状态关系(常用工作方式)SA1SA2SA3SA4输出电平通通断断UDC/2断通通断0断断通通UDC/23三电平空间矢量原理31三电平空间矢量简绍一个三电平逆变器技术的关键是发生的PWM控制信号。三电平的空间矢量调制(SVPWM)算法大于PWM算法在较高的利用率的更小的输出电压的谐波分量,更容易和更完整的数字多级适当扩大使用的其他优点从而三电平SVPWM调制其余算法一直是三电平逆变器进行讨论的热点。下面重点对三电平SVPWM调试的基本原理做一些简短的说明。空间矢量调制开始的目标是把发动机的圆形旋转磁场,而现在的空间矢量调制,并已发展成为一种平行的SPWM脉宽调制器调制技术。因为许多类型的三相变压器的负载不一定在场分布为对称,当发动机负荷三相绕组,所以关于广泛原理上的空间矢量调制措施,空间的意思只包含数学方面的原理,无实践物理意义。总的意义上来说电压空间矢量调试通过数学角度实践,将三相变换器的各相电压之间的角度相差120的平面坐标系上,并将三相输出电压、分解到复平面上合成空间矢量VS中。UABCSVPWM的解释可为(31)EUVJCJBAS323232三电平空间矢量和两电平空间矢量原理上是统一的。由于在三电平逆变器中以图中的N零电位参考点在直流侧,则三相瞬时输出的相电压可为其中SA、SB、SC。当(SX1,SX2,SX3,SX4)(1,1,0,0),输出电压UDC/2当(SX1,SX2,SX3,SX4)(0,1,1,0),输出电压0当(SX1,SX2,SX3,SX4)(0,0,1,1),输出电压VDC/2上式中XA,B,C,1为对应开关器件开通,O为对应开关器件关断相对应的27组具有差别的开关形状组合,其电压空间矢量表达式2一1表示为323232EUVJCNJBNAK331SJJDC图中的27种开关状态组合,他们的之间的关系组合成了27个电压矢量,经过其中的可用的3个桥臂开关,根据每个桥臂形态码来记录空间的矢量,如220、112等。图片31三电平空间电压矢量分布图从图中看出三电平变换器的同一矢量区域可能对应不同的开关状态组成的矢量,存在一定的干扰。27个矢量变为19个空间电压矢量,这些矢量可以划分为4种0矢量、小矢量、中矢量、大矢量,。输出能容易接近变现为正弦波,所含谐波分量更少,其功能容易实现。表31矢量分类表零矢量000111222小矢量100110010011001101211221121122112212中矢量210120021012102201大矢量200220020022002202这个图表示的方法称为“最近3矢量法”。具体请看下文。32三电平SVPWM算法原理及控制策略他们SVPWM调制方法的原理是相似的,而三电平逆变器空间矢量多所以比两电平有更多的开关状态,所以可利用的开关状态矢量更多,控制更复杂。SVPWM调制方法同样适用于T型三电平拓扑,下面对这种算法进行分析。321两电平SVPWM算法原理如图所示,为三相两电平并网逆变器结构图。为了便于分析,定义单极性二值逻辑开关函数为其中,XA,B,C。图32两电平逆变器拓扑图可以看出,当SA1时,输出端电压UANUDC;当SA0时,输出端电压UAN0。因此,UANUDCSA。同理,UBNUDCSB,UCNUDCSC。对于A、B、C三相,有下面三式成立(34)UUNOCCOBBA由于负载对称,输出端电压之和为0,把上面三式相加,并整理,得(35)SXDCCNBANO33由式可得36USSUDCBACCOBDCBAA31在图中,每时每刻都有三个导通,其中的某些共有种,将其823写入其中,能够使逆变器交流侧的输出电压值得出,如表所示。表32不同开关组合的交流侧输出电压值SASBSCUAOUAOUAOVK000000V0001UDC/3UDC/32UDC/3V5010UDC/32UDC/3UDC/3V30112UDC/3UDC/3UDC/3V41002UDC/3UDC/3UDC/3V1101UDC/32UDC/3UDC/3V6110UDC/3UDC/32UDC/3V2111000V7空间电压矢量V0V7可定义为(37)0327,3/1VEUKJDCK其中,K1,6。上式用开关函数可以表达为38323/23/2ESSJCJBADCJ其中,J0,7再其系统中,可得其中的电压加起来为零,定义复平面内的电压空间矢量V为正弦波相同的角频率情况下,空间矢量以逆时针匀速旋转。图33八种开关组合时的空间电压矢量分布及参考电压矢量合成空间电压矢量V1V6将复平面分成6个扇形区域。参考电压矢量在图33由伏秒均衡原理,得39TVS7,021设V与V1的夹角,运用正弦定理,可得3103SINI32SIN22SS又由|V1|V2|2UDC/3,可得311TSSM217,021SIN3其中,M为两电平SVPWM解调系数。312VUDC3同理,可求每个合成矢量的作用时间。从式(312)可以看出,确定矢量V0,V7的作用时间之和,他们每个的作用时间没法确定。当我们选择两0矢量,由于联想PWM每个周期内,尽可能减小变化开关次数,此法能够降低损耗在其开关上。具体地,现在以一个开关周期作为判断,令V0和V7的作用时间相等,即T0T7,并且将V0矢量的作用时间平均分布在一个开关周期的始端和末端。如果当参考电压矢量V建立于第一扇区为例,其合成矢量为V1和V2,七段对称式开关状态输出顺序依次为000,100,110,111,110,100,000,合成矢量的作用时间如图34所示。图34七段对称式开关状态322三电平SVPWM算法原理二极管箱位式三电平逆变器又称NPENEUTRALPOINTELAMPED三电平逆变器是之前启动多电平逆变器拓扑。此逆变器拓扑由于其本身的结构的优点,在开关装置中,一半的压降或较低的开关频率,以承受相对的结构应力,都得到相同或更好的输出波形。当拓扑结构中使用的场合中的高电压,同时减少了开关器件承受应力时,也减少开关损耗的装置,另一方面,减小了电路运行,并且输出波形的谐波含量。因此,在高频率的控制系统,电源有源滤波器,动态无功补偿等领域的三电平转换器的性能,致力于高泛的研究和应用。在这一章中,过程中的三个阶段的转换器的主电路和三电平空间矢量PWM呈现传统算法工作。三电平SVPWM算法与对两电平SVPWM算法类似,T型三电平三相逆变器拓扑如图所示。图35三相T型三电平逆变器拓扑相比于两电平SVPWM,定义开关函数17,其中XA,XB,XC,SXK当K等于1到4的值表示X相第K个开关管的状态,即导通,0表示对应开关管关和断。则三相输出电压为3132/1/USDCCCOBBDCAA31433232EVVJCJBAS相比于两电平,其角度之间互相120的平面坐标系上,如果能展现出三相空间合成矢量,需要(U输)转换到复数坐标器上。定义空间电的压矢量为315323/23/2EUUVJCOJBOAS由可以画出三相三电平的空间矢量分布图。用,空间的矢SABC量可以表示,请看图。其中19个空间矢量,可以等于27种开关状态。可以将这19个矢量按照幅值大小分成四类幅值为2UDC/3的为大矢量,幅值大小是中矢量,幅值大小是小矢量,零矢量为幅值大小3UDC3UDC是0;每个小矢量对应两个开关状态,零矢量对应三个开关形态,请看表所示。与两电平的空间电压矢量一样,三电平的空间运动轨道为不规则的圆。但是,三电平的空间电压矢量,使得合成的矢量可以更接近原始比照的电压矢量,其中两电的平矢量多,输出谐波的含可以表现其为比之前更少。此优点就是三电平SVPWM的优势。三电平SVPWM调制方法具体实现步骤可分为几个步骤下面进行具体说明。131433区域判断其主要目的是确定地区找到三个基本矢量合成参考电压矢量。并且,每个大区可分为四个小区域。因为在短的采样周期提出了许多算法和模拟需要做出准确的向量的基本空间矢量的量,本文将分为六大区域,每个小区域。通过此法划分分析三电平,由大面积,以123456代表小面积13。图36传统算法区域划分14图37传统算法小区域判断1516首先,根据确定所在大扇区。当060时,可得一VREFVREF大扇区内;当60120时,在第二大扇区;当120180REF时,在第三大扇区;180240时,位列于第四大扇区内;REFREF当240300时,位于第五大扇区;当300360时,位REFREF于第六大扇区。然后,根据|和判断出所在的小区域。REFREF区域1和2与区域3和4的边界线方程式为;316UDCY3区域3和区域5的边界线方程为317UDCY3区域4和区域6的边界线方程为318DCY,319OSVREFASINREF(1)时,在1,3,5小区域内。30RF若,则在区域1内;DC2REF若,则在小区域5内VDC3REF否则,3区域中。REF(2)时,在2,4,6其中一区域。0REF若,则区域2中;DCREF若,则6的小区域内;VDC23REF否则,4中。REF34时间计算以上的同参考电压矢量一块,代入伏秒均衡方程7(320)VTVTREFS321(321)S32解出,即完成传统三电平的调制方法对基本空间1SPWM矢量作用时间的解。根据I大区4小区来看,322EVJDC312EJDC62VDC213EJRFREF(323)RTTSREFDCDCDCOOSOS123(324)IMSREFDCDCIN3IN16SIN212解的,分别为T13,325,SIN2KS13SIN2KT,(326)I1SVDCREF根据内容,能够求出在其它区域时的参考电压矢量,根本作用矢量的作用时间。整个区域规则内基本矢量的作用时间表如(起始矢量为对应短矢量在每个采样周期内各个区域开关次序。4235时间状态分配从三电平SVPWM基本空间向量图可以得出。矢量大矢量与开关状态相一致,两组开关状态等于短载体,含有三组开关形式零向量。因为每个开关相对于该数目的外观,所以原点为短矢量作为起始载体的所有取样周期状态取样周期,短的开关状态向量。的时间,以获得一个参考原始矢量的作用,使开关状态可以统一分配更容易,我们使用负短矢量成为对于每个取样周期的起始矢量的原点。该命令的基础上,开闭状态的作用,可以选择零矢量在二进制矢量表达中。这是由于假定容许有两个想,三个桥臂同时动作。则在线电压的半周期内会展现出反极性的脉冲。惹起脉冲波动和电磁噪声,发生反向转矩。依据上述原理的作用次序如表32所示,其中N,0,P个别体现对应三相为低电平,零电平,高电平。表33区域11100110111211111110100121101112112212111111101310011021021121011010014110210211221211210110151002002102112102001001611021022022122021011021110111121221121111110220101101111211111100102311012012122112112011024010110120121120110010251101202202212201201102601002012012112002001031010011111121111011010320111111211221211110113301001102112102101101034011021121122121021011350100200211210210200103601102102212202202101141011111112122112111011420010111111121110110014301101211212211201201144001011012112012011001450110120221220220120114600100201211201200200151001101111112111101001521011111122121121111015300110110211210210100154101102112212112102101550010021021121020020015610110220221220210210161101111211212211111101621001011112111111011006310120121121221120110164100101201211201101100651012012022122022011014传统算法MATLAB仿真技巧及仿真实践MATLAB是美国MATHW0RKS公司开发研究出的出的处理图形工具,其效率高的数值计算、矩阵运行、信号处置和图形生成等性能包含于MATLAB里。在工程界,MAI,LAB最大的用处是求解实践课题,数学模型成果,典型使用包含数值计算,算法估计与验证,以及一些特别的矩阵计算应用。如自控理论、数字信号处置和统计。其性能用处很多,具有仿真度很高的SIMULINK库,直观看起啦很形象,各种工具箱包含于内,应用于控制系统的设计和仿真。2141仿真思路三电平逆变器系统由SVPWM调制,主电路,负载电路等区域,其中SVPWM控制部分使用了系统的主要组成部分是SVPWM调试算法。在模拟三电平逆变器系统,可以快速使用SIMULINK提供的设备可以设置按照我的原则有适当的模块性能【1】【18】。随着对MATLAB仿真软件把握的熟练水平的逐渐加强,对算法的了解程度加深,具有相同作用的仿真模块也能够制作出多种有差异的仿真措施。本文以下内容将对传统三电平SVPWM算法中的MATLAB仿真技巧运行总结。对里的个个仿真模块提出比较常用容易上手仿真的仿SIMULNK真模型的搭建策略,以此来表现MATLAB软件特别的的仿真功用,MATLAB仿真技巧的多样划。1819411参考矢量采样运用合成法9离散和参考数字的选择向量的学习采样数据,有可能由三个三角函数来合成原始参考矢量初始量,然后生成实加虚部成为最终变现值和一个参数模式,作为上述输入。仿真模型的第二个方法182VBETA1VALFAPRODUCT1PRODUCTEUMATHFUNCTION1EUMATHFUNCTIONCCONSTANT1CCONSTANTREIMCOMPLEXTOREALIMAGADD3VC2VB1VA图41参考电压矢量仿真图42区域判断传统三电平SVPWM算法依照每60度,为一个区。整个空间向量为6个区域,用模拟参数可分为基准矢量3THETA2N1USCOPE4SCOPE3SCOPE2SCOPE1SCOPECEILROUNDINGFUNCTIONREIMREALIMAGTOCOMPLEX12345,6MULTIPORTSWITCHU3/PIFCNPICONSTANT|U|UCOMPLEXTOMAGNITUDEANGLEU5PI/36U4PI/35UPI4U2PI/33UPI/32U12VBETA1VALFA图42大区域判断仿真图【18】依据传统三电平SV算法判别小区域时的逻辑关系,立即构建仿真模型。如图所示。可得出虽然算法一样,但是这种方法只使用判别时的逻辑关系,没有差异条件时的计算,因而仿真模型相对简略。【17】【15】UALPHAUBETA2K1NSINTRIGONOMETRICFUNCTION1COSTRIGONOMETRICFUNCTIONSWITCH6SWITCH5SWITCH4SWITCH3SWITCH1SCOPEPRODUCT6PRODUCT5PRODUCT4PRODUCT3PRODUCT2PRODUCT1PRODUCTFUFCN2CONSTANT93CONSTANT84CONSTANT75CONSTANT66CONSTANT5043CONSTANT41732CONSTANT31732CONSTANT21CONSTANT10086CONSTANT1086CONSTANTAD2AD1AD3VDC2THETA1U图43小区域判断仿真图【18】43时间计算仿真使用逻辑法仔细观察根本矢量作用时间表内的所用时间表达式能够计算时间模块仿真,就会发现有差别区域的作用时间并不能确定个个是不同的,而是具有有些的逻辑关系。对比后发现,单位换成小区域,三个基本矢量作用时间的顺序经过互换小区域内,然后得出另外五个大区的所有矢量时间。,时间为表示,所有基准时间如表TCBA,表41基准时间表区域T1T2T3I12KTSSIN/3)2KTSSINTS12KSIN/3)I22KTSSINTS12KSIN/3)2KTSSIN(/3)I3TS(12KSIN)TS12KSIN/3)TS12KSIN/3)I4TS12KSIN/3)TS12KSIN/3)TS(12KSIN)I5TS12KSIN/3)TS12KSIN/3)2KTSSINI62TS1KSIN/312KTS(SIN/3)TS(2KSIN)必要用搭建作用的时间逻辑关系和基准时间仿真的模型仿真模型。基准时间的仿真模型搭建方法与非间接法中的时间搭建方法一致,时间逻辑关系仿真模型如图15203T32T21T1SELECTOR3SELECTOR2SELECTOR1SELECTORSCOPE12345,6MULTIPORTSWITCH212345,6MULTIPORTSWITCH112345,6MULTIPORTSWITCH5TC4TB3TA2N1N图44时间逻辑关系仿真图1844时间状态分配用分步法实践成功时间状态分配运。1112可以分为以下几步第一步,完成七段式时间调配。个个区域基准的作用矢量作用时间分为T1,T2,T3,可以依照每个采样周期短矢量中以起始矢量的顺序分布,因此时间分配的所以7段式分配是相同的,唯一不同的是T1,T2,T3值。所以,每一个区域都能够通过仿真区分七段式时间分配【18】。1MSCOPE1SCOPEREPEATINGSEQUENCERELAY5RELAY4RELAY3RELAY2RELAY1RELAY1/2GAIN31/2GAIN21/2GAIN11/4GAIN1CONSTANTAD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD14AD10AD1AD3T32T21T1图45七段式时间分配仿真模块22步骤2,状态的两个完整的载体序列,订单的在按照规则的作用,所有这些负短的采样周期来表示的起始矢量代表一个向量中。表42矢量状态次序仿真数据表区域11100110111211111110100121101112112212111111101310011021021121011010014110210211221211210110151002002102112102001001611021022022122021011021110111121221121111110220101101111211111100102311012012122112112011024010110120121120110010251101202202212201201102601002012012112002001031010011111121111011010320111111211221211110113301001102112102101101034011021121122121021011350100200211210210200103601102102212202202101141011111112122112111011420010111111121110110014301101211212211201201144001011012112012011001450110120221220220120114600100201211201200200151001101111112111101001521011111122121121111015300110110211210210

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