空间矢量PWMSVPWM控制ppt课件

1、6.3 VSR空间矢量空间矢量PWM(SVPWM) 控制控制 n空间矢量空间矢量PWM(SVPWM)控制战略是根据变流器空间控制战略是根据变流器空间(电流电流)矢量切换来控制变流器的一种控制战略。矢量切换来控制变流器的一种控制战略。n主要思绪在于丢弃了原有的正弦波脉宽调制主要思绪在于丢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，磁场，n从而在不高的开关频从而在不高的开关频(13kHz)条件下，使交流电动机条件下，使交流电动机获得了较获得了较SPWM控制更好的性能，控制更好的性能，n主要表如今：主要表

2、如今：SVPWM提高了电压型逆变器的电压利用提高了电压型逆变器的电压利用率和电动机的动态呼应性能，同时还减小了电动机的转率和电动机的动态呼应性能，同时还减小了电动机的转矩脉动等。矩脉动等。 SVPWM 与与SPWM 的比较的比较nSVPWM更加直接地控制了交流电动机的旋转更加直接地控制了交流电动机的旋转磁场，虽然磁场，虽然SVPWM不输出三相平衡不输出三相平衡PWM波波形，但它不仅在静态，甚至在暂态期间都能构形，但它不仅在静态，甚至在暂态期间都能构成准圆形旋转磁场。成准圆形旋转磁场。n常规的常规的SPWM那么将控制重点集中在波形的改那么将控制重点集中在波形的改良上，以致在不高的开关频率条件下，

3、难以产良上，以致在不高的开关频率条件下，难以产生较为完善的正弦波电压，即使开关频率较高，生较为完善的正弦波电压，即使开关频率较高，由于电压型变流器固有的开关死区延时，从而由于电压型变流器固有的开关死区延时，从而降低了电压利用率，甚至使波形畸变，因此难降低了电压利用率，甚至使波形畸变，因此难以获得更为称心的交流电动机驱动性能。以获得更为称心的交流电动机驱动性能。 用于用于VSR直流电流控制中的直流电流控制中的SVPWM技技术的类型术的类型 n其一是基于固定开关频率的其一是基于固定开关频率的SVPWM电流控制，电流控制，即利用同步旋转坐标系即利用同步旋转坐标系(d，q)中电流调理器输中电流调理器输

4、出的空间电压矢量指令，再采用出的空间电压矢量指令，再采用SVPWM使使VSR的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而到达电流控制的目的；到达电流控制的目的；n其二是利用基于滞环电流控制的其二是利用基于滞环电流控制的SVPWM，即，即利用电流偏向矢量或电流偏向变化率矢量空间利用电流偏向矢量或电流偏向变化率矢量空间分布给出最正确的电压矢量切换，使电流偏向分布给出最正确的电压矢量切换，使电流偏向控制在滞环宽度以内，这实践上是一种变开关控制在滞环宽度以内，这实践上是一种变开关频率的频率的SVPWM。 6.3.1 SVPWM普通问题讨论1. 三相VSR空间电压矢量分布n某

5、一开关组合就对应一条空间矢量。该开关组合时的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，在三轴即为该空间矢量，在三轴(a，b，c)上的投影。上的投影。 复平面内定义的电压空间矢量复平面内定义的电压空间矢量 n假设假设 是角频率为是角频率为的三相对称正的三相对称正弦波电压弦波电压,那么矢量那么矢量V即为模为相电压峰值即为模为相电压峰值,且且以角频率以角频率按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量而空间矢量V在三轴在三轴(a，b，c)上的投影就是对上的投影就是对称的三相正弦量。称的三相正弦量。 )(323/203/200jc

6、jbaeVeVVV000cbaVVV、2. 空间电压矢量的合成空间电压矢量的合成n对于任一给定的空间电压矢量，均可由对于任一给定的空间电压矢量，均可由8条三条三相相VSR空间电压矢量合成，空间电压矢量合成， 6条模为的空间电压矢量将复平面均条模为的空间电压矢量将复平面均分成六个扇形区域分成六个扇形区域IVI对于任一扇对于任一扇形区域中的电压矢量，均可由该扇形区域中的电压矢量，均可由该扇形区两边的形区两边的VSR空间电压矢量来合空间电压矢量来合成。成。假设假设V*在复平面上匀速旋转，就对在复平面上匀速旋转，就对应得到了三相对称的正弦量。应得到了三相对称的正弦量。 由于开关频率和矢量组合的限制，由

7、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旋转，从而使矢量端点运动轨迹为一多边形准圆轨迹。一多边形准圆轨迹。 电压空间矢量V*的几种合成方法 n方法一：该方法将零矢量均匀地分布在矢量方法一：该方法将零矢量均匀地分布在矢量V*的起、的起、终点上，然后依次由终点上，然后依次由V1、V2按三角形方法合成，如按三角形方法合成，如图图a所示。所示。n从该合成法的开关函数波形从该合成法的开关函数波形(见图见图b)分析，一个开关分析，一个开关周期中，周期中，VSR上桥臂功率开关管共开关上桥臂功率开关管共开关4次。次。 a V*合成合

8、成 b开关函数波形开关函数波形频谱分布频谱分布c频谱分布频谱分布由于开关函数波形由于开关函数波形不对称，因此不对称，因此PWM谐波分量主要集中谐波分量主要集中在开关频率在开关频率fa及及2fa，其频谱分布如图其频谱分布如图c所所示。显然，在频率示。显然，在频率fa处的谐波幅值较处的谐波幅值较大。大。 n方法二：方法二的矢量合成与方法一不同的是，方法二：方法二的矢量合成与方法一不同的是，除零矢量外，除零矢量外，V*依次由依次由V1、V2、V1合成，并合成，并从从V*矢量中点截出两个三角形，如图矢量中点截出两个三角形，如图a所示。所示。n由图由图b的的PWM开关函数波形分析，一个开关周开关函数波形

9、分析，一个开关周期中期中VSR上桥臂功率开关管共开关上桥臂功率开关管共开关4次，且波次，且波形对称。形对称。 a合成合成 b开关函数波形开关函数波形 nPWM谐波分量仍主要分布在开关频率的整数谐波分量仍主要分布在开关频率的整数倍频率附近，谐波幅值显然比如法一有所降低，倍频率附近，谐波幅值显然比如法一有所降低，其频谱分布其频谱分布c所示。所示。 c频谱分布频谱分布n方法三：方法三将零矢量周期分成三段，其中矢量方法三：方法三将零矢量周期分成三段，其中矢量V*的起、终点上均匀地分布矢量的起、终点上均匀地分布矢量V0，而在矢量，而在矢量V*中中点处分布矢量点处分布矢量V7。除零矢量外，矢量。除零矢量外

10、，矢量V*的合成与方的合成与方法二类似，即均以矢量法二类似，即均以矢量V*中点截出两个三角形，中点截出两个三角形，V*的合成矢量如图的合成矢量如图a所示。所示。n从开关函数波形从开关函数波形(见图见图b)可以看出，在一个可以看出，在一个PWM开关开关周期，该方法使周期，该方法使VSR桥臂功率管开关桥臂功率管开关6次，且波形对次，且波形对称。称。 aV*合成合成 b开关函数波形开关函数波形nPWM谐波仍主要分布在开关频率的整数倍频谐波仍主要分布在开关频率的整数倍频率附近。率附近。n在频率附近处的谐波幅值降低十清楚显，其频在频率附近处的谐波幅值降低十清楚显，其频谱分布如图谱分布如图c所示。所示。

11、c频谱分布频谱分布6.3.2 三相三相VSR空间电压矢量空间电压矢量PWM(SVPWM)控制控制nSVPWM的三相的三相VSR控制那么有以下突出优点：控制那么有以下突出优点：n(1) 与与SPWM控制相比，其三相控制相比，其三相VSR直流电压利直流电压利用率提高了用率提高了154%。 n(2) 与与SPWM控制相比，一样的波形质量条件下，控制相比，一样的波形质量条件下，SVPWM控制具有较低的开关频率，且平均约降控制具有较低的开关频率，且平均约降低低30%，从而有效地降低了功率开关管的开关损，从而有效地降低了功率开关管的开关损耗。耗。n(3) 与与SPWM控制相比，控制相比，SVPWM控制具有

12、更好的控制具有更好的动态性能。当采用动态性能。当采用SVPWM进展进展VSR电流控制时，电流控制时，可以根据被跟踪的电流矢量，优化选择三相可以根据被跟踪的电流矢量，优化选择三相VSR空间电压矢量进展空间电压矢量进展PWM电流跟踪控制，电流跟踪控制， 三相三相VSR SVPWM电流控制类型电流控制类型 n1.经过三相经过三相VSR电流环运算获得空间指令电压电流环运算获得空间指令电压矢量，然后经过矢量，然后经过VSR空间电压矢量的合成，使空间电压矢量的合成，使实践的空间电压矢量逼近指令电压矢量，以到实践的空间电压矢量逼近指令电压矢量，以到达电流控制的目的；达电流控制的目的；n这类这类SVPWM电流

13、控制方案，普通用于动态电电流控制方案，普通用于动态电流呼应要求不高的正弦波电流跟踪控制场所，流呼应要求不高的正弦波电流跟踪控制场所，如高功率因数整流器、无功补偿安装等。如高功率因数整流器、无功补偿安装等。n这主要是由于其指令电压矢量受这主要是由于其指令电压矢量受VSR系统及控系统及控制滞后扰动的影响，因此不易获得非常理想的制滞后扰动的影响，因此不易获得非常理想的动态电流呼应。动态电流呼应。 三相三相VSR SVPWM电流控制类型电流控制类型n2.将滞环控制与将滞环控制与SVPWM控制相结合，经过控制相结合，经过VSR空间电压矢量的实时切换，使电流误差被空间电压矢量的实时切换，使电流误差被限制在

14、一个给定滞环内，从而获得电流的高质限制在一个给定滞环内，从而获得电流的高质量控制。量控制。n这类这类SVPWM电流控制方案，因其快速的电流电流控制方案，因其快速的电流呼应和较好的系统鲁棒性，常用于诸如有源滤呼应和较好的系统鲁棒性，常用于诸如有源滤波器等要求快速电流呼应控制的系统中。波器等要求快速电流呼应控制的系统中。n这类控制方案将滞环控制与这类控制方案将滞环控制与SVPWM控制有机控制有机地结合起来，在获得快速电流呼应的同时，降地结合起来，在获得快速电流呼应的同时，降低了开关频率，提高了系统运转效率。低了开关频率，提高了系统运转效率。 n这种控制战略是将指令电流这种控制战略是将指令电流 与反

15、响电流与反响电流 经经过定环宽的滞环比较单元，输出相应的比较形状值过定环宽的滞环比较单元，输出相应的比较形状值Ba、 Bb、Bc,并经过对指令电压矢量并经过对指令电压矢量V*的区域判别，最终由空间电压矢量选择的区域判别，最终由空间电压矢量选择逻辑，输出一个适宜的逻辑，输出一个适宜的Vkk=0，7，从而使三相，从而使三相VSR电电流跟踪指令电流。流跟踪指令电流。 1.基于不定频基于不定频滞环的滞环的SVPWM电流电流控制控制原理框图如原理框图如下图下图*cbaiii、cbaiii、2控制规那么与控制规那么与Vkk=0，7的选择的选择n一旦指令电压矢量一旦指令电压矢量V*及误差电流矢量及误差电流矢

16、量I确定之确定之后，两矢量空间的区域位置也随之确定，为实后，两矢量空间的区域位置也随之确定，为实现电流跟踪控制，那么必需选择一个适宜的三现电流跟踪控制，那么必需选择一个适宜的三相空间电压矢量相空间电压矢量Vk k=0，7，使误差，使误差电流变化率矢量电流变化率矢量dI/dt与误差电流矢量与误差电流矢量I的方的方向一直相反。向一直相反。n当开关频率足够高时，误差电流矢量的模当开关频率足够高时，误差电流矢量的模 就被限制在一定的滞环宽度以内，从而实现了就被限制在一定的滞环宽度以内，从而实现了三相三相VSR电流踪控制。电流踪控制。 IVk的选择对电流跟踪的影响的选择对电流跟踪的影响n当矢量当矢量I

17、、V* 在空间的区域确定后，可选择多条在空间的区域确定后，可选择多条Vk满足上述要求。满足上述要求。n假设选取的假设选取的Vk使其对应的误差电流变化率矢量的模使其对应的误差电流变化率矢量的模 n 越大，其电流跟踪速度越快，假设采用固定越大，其电流跟踪速度越快，假设采用固定的滞环宽度，那么开关频率也会添加；的滞环宽度，那么开关频率也会添加；n中选取的中选取的Vk使其对应的误差变化率矢量的模使其对应的误差变化率矢量的模 越越小，其电流跟踪速度越慢，相应的开关频率会降低。小，其电流跟踪速度越慢，相应的开关频率会降低。n为了限制不定频滞环为了限制不定频滞环SVPWM电流控制时的电流变化电流控制时的电流

18、变化率，应选择率，应选择Vk ，使其对应的误差电流变化率矢量的模，使其对应的误差电流变化率矢量的模 n 最小。最小。 dtIiddtIiddtIid设定滞环宽时，三相设定滞环宽时，三相VSR不定频滞环不定频滞环SVPWM电流控制规那么电流控制规那么 n规那么规那么1：当：当 时，选择三相时，选择三相VSR空间电压矢空间电压矢量量Vkk=0，7，使其对应的，使其对应的 具具有与误差电流矢量有与误差电流矢量I方向相反的最小分量，以确保方向相反的最小分量，以确保电流矢量，在跟踪指令电流矢量电流矢量，在跟踪指令电流矢量I*的同时，限制电流的同时，限制电流变化率，以抑制电流谐波。变化率，以抑制电流谐波。

19、n规那么规那么 2：当：当 时，原有时，原有Vk k=0，7不切换，从而在限制平均开关频率的同时，添加了不切换，从而在限制平均开关频率的同时，添加了SVPWM控制的稳定性。控制的稳定性。 wII )7,0(/jjkdtILdwII 采用规那么采用规那么2控制控制时，时，Vk 的选择的选择如下图如下图 n当位于、区域构成的平行四边形区域时，应选择当位于、区域构成的平行四边形区域时，应选择V1；n当位于、区域构成的平行四边形区域时，应选择当位于、区域构成的平行四边形区域时，应选择V2；n当位于、区域构成的平行四边形区域时，应选择当位于、区域构成的平行四边形区域时，应选择V0、V7。 当当V*在在I

20、区时，能够选择的区时，能够选择的电压矢量为电压矢量为V1、V2、V0、V7。再由再由I区域与区域与V*区域的相区域的相对几何关系分析，对几何关系分析，3不定频滞环优化不定频滞环优化SVPWM电流控制电流控制n优化的优化的SVPWM电流控制战略是：电流控制战略是：n即即 值过大时，采用呼应最快的值过大时，采用呼应最快的SVPWM电流控电流控制规那么，以进展快速电流跟踪控制；制规那么，以进展快速电流跟踪控制；n而当而当 值相对较小时，即坚持原有的控制规那么，值相对较小时，即坚持原有的控制规那么，以限制开关频率，并抑制电流谐波。以限制开关频率，并抑制电流谐波。 II这是一种双滞环的这是一种双滞环的S

21、VPWM电流控制，如下电流控制，如下图。图。图中，内滞环宽度为图中，内滞环宽度为IW ，而外滞环宽为而外滞环宽为IW+IW 。 优化的不定频滞环优化的不定频滞环SVPWM控制规那么控制规那么 n规那么规那么1： 当当 时，选择时，选择VKk=0，7，使其对应的，使其对应的 具有与具有与I方方向相反的最大分量，从而使向相反的最大分量，从而使I以最快速度跟踪。以最快速度跟踪。n规那么规那么2： 当当 时，选择时，选择VK k=0，7，使其对应的，使其对应的 具有与具有与I方方向相反的最小分量，从而使向相反的最小分量，从而使I在跟踪在跟踪I*的同时，限制的同时，限制电流变化率，以抑制电流谐波。电流变化率，以抑制电流谐波。n规那么规那么3： 当当 时，原有时，原有VK k