空间电压矢量及其控制策略

空间电压矢量及其控制策略,空间矢量PWM(SVPWM)控制策略是依据变流器空间电压(电流)矢量切换来控制变流器的一种思路新颖的控制策略。空间矢量PWM控制策略早期针对交流电动机变频驱动而提出，其主要思路在于抛弃了原有的正弦波脉宽调制(SPWM)，而是采用逆变器空间电压矢量的切换以获得准圆形旋转磁场，从而在不高的开关频率(1K3KHz)条件下，使交流电机获得了较SPWM控制更好的性能。,SVPWM技术优点：SVPWM提高了电压型逆变器的电压利用率和电动机的动态响应性能；同时还减小了电动机的转矩脉动等；简单的矢量模式切换更易于单片机的实现。,基于固定开关频率的SVPWM电流控制,利用(d,q)同步旋转坐标中电流调节器输出的空间电压矢量指令，再采用SVPWM使VSR的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而达到电流控制的目的,SVPWM一般问题讨论,三相VSR空间电压矢量分布三相VSR空间电压矢量描述了三相VSR交流侧相电压(Va0,Vb0,Vc0)在复平面上的空间分布，由式(2-13)式(2-17)得,23=8种开关函数组合代人式(3-1)即得到相应的三相VSR交流侧电压值为方便起见，令A=vdc/3，不同开关组合时的电压值如下表所示：,三相VSR不同开关组合时的交流侧电压可以用一个模为2vdc/3的空间电压矢量在复平面上表示出来。由于三相VSR开关的有限组合，因而其空间电压矢量只有23=8条，如图3-1所示，其中V0(000),V7(111)由于模为零而称为“零矢量”。某一开关组合就对应一条空间矢量，该开关组合时的va0,vb0,vc0,即为该空间矢量在三轴(a,b,c)上的投影。,图3-1三相VSR空间电压矢量分布,复平面上三相VSR空间电压矢量V*可定义为,上式可表达成开关函数形式,对于任意给定的三相基波电压va0,vb0,vc0，若考虑三相平衡系统，即va0+vb0+vc0=0，则可在复平面内定义电压空间矢量,式(3-4)表明，如果va0,vb0,vc0是角频率为的三相对称正弦波电压，那么矢量V即为模为相电压峰值，且以角频率按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量V在三相坐标轴(a,b,c)上的投影就是对称的三相正弦量,实际上，对于对称的三相VSR拓扑结构,三相VSR空间电压矢量控制与相电压参考点的选择无关,空间电压矢量的合成,三相VSR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v*，均可由8条三相VSR空间电压矢量合成，如图32所示,图32空间电压矢量分区及合成,6条模为2vd/3的空间电压矢量将复平面均分成六个扇形区域IVI对于任一扇形区域中的电压矢量V*，均可由该扇形区两边的VSR空间电压矢量来合成如果V*在复平面上匀速旋转，就对应得到了三相对称的正弦量。,实际上，由于开关频率和矢量组合的限制，V*的合成矢量只能以某一步进速度旋转，从而使矢量端点运动轨迹为一多边形准圆轨迹。显然，PWM开关频率越高，多边形准圆轨迹就越接近圆。,若v*在I区时，则V*可由Vl,V2和V0、7合成，依据平行四边形法则，有,T1,T2-V1,V2矢量在一个开关周期中的持续时间;Ts-PWM开关周期。令零矢量V0,7的持续时间为T0、7，则T1+T2+T0,7=Ts(37),令V*与V1间的夹角为，由正弦定律算得,又因为|V1|=|V2|=2vdc/3，则联立式(37)、式(38),式中mSVPWM调制系数,零矢量的选择，主要考虑选择V0或V7应使开关状态变化尽可能少，以降低开关损耗。在一个开关周期中，令零矢量插入时间为T0,7，若其中插入V0的时间为T0=kT0,7，则插入V7的时间则为T7=(1-k)T0,7，其中0k1。实际上，对于三相VSR某一给定的电压空间矢量V*，常有几种合成方法，以下讨论均在VSR空间矢量I区域的合成。,图33V*合成方法一a)V*合成b)开关函数波形c)频谱分布,该方法将零矢量V0均匀地分布在V*矢量的起、终点上，然后依次由V1V2按三角形方法合成，如图33a所示。从该合成法的开关函数波形上(见图33b)分析，一个开关周期中，VSR上桥臂功率管共开关4次由于开关函数波形不对称，因此PWM谐波分量主要集中在开关频率fs以及2fs上，其频谱分布如图33c所示，显然在频率关处的谐波幅值较大。,图34V*合成方法二a)V*合成b)开关函数波形c)频谱分布,方法二的矢量合成仍然将零矢量V0均匀地分布在V*矢量的起、终点上。但与方法一不同的是，除零矢量外，V*依次由V1V2V1合成，并从V*矢量中点截出两个三角形，如图34a所示。由图34b的PWM开关函数波形分析，一个开关周期中VSR上桥臂功率管共开关4次，且波形对称;其PWM谐波分量仍主要分布在开关频率的整数倍频率附近，谐波幅值显然比方法一有所降低，其频谱分布如图34c所示。,图35V*合成方法三a)V*合成b)开关函数波形c)频谱分布,方法三将零矢量周期分成三段，其中V*矢量的起、终点上均匀地分布V0矢量，而在V*矢量中点处分布V7矢量，且T7=T0。除零矢量外，V*矢量合成与方法二类似，即均以V*矢量中点截出两三角形，V*的合成矢量如图35a所示。从开关函数波形(见图35b)可以看出，在一个PWM开关周期，该方法使VSR桥臂功率管开关6次且波形对称;其PWM谐波仍主要分布在开关频率