三相SVPWM逆变电路MATLAB仿真

1、.基于电压空间矢量控制的三相逆变器的研究1、SVPWM逆变电路的基根源理及控制算法图1.1中所示的三相逆变器有6个开关，其中每个桥臂上的开关工作在互补状态，三相桥臂的上下开关模式获取八个电压矢量，包括6个非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)和两个零矢量(000)、(111).图1.-1三相桥式电压型有源逆变器拓扑结构在平面上绘出不相同的开关状态对应的电压矢量，如图1.2所示。由于逆变器可以产生的电压矢量只有8个，对与任意给定的参照电压矢量，都可以运用这8个已知的参照电压矢量来控制逆变器开关来合成。U2(010)Usv3U6(110)uUcU4(100)

2、U3(011)U0(000)U7(111)Usv1uUsv2U1(001)U5(101)图1.2空间电压矢量分区图1.2中，当参照电压矢量在1扇区时，用1扇区对应的三个空间矢量Usv1、Usv2、Usv3来等效参照电压矢量。若1.2合成矢量Uref所处扇区N的判断三相坐标变换到两相坐标：u(t)21-1-122u(t)303-322uuuaoboco(t)(t)（1.1）(t).依照u、u的正负及大小关系就很简单判断参照电压矢量所处的扇区地址。如表1.1所示。表1.1参照电压矢量扇区地址的判断条件u0u0判3uu3uu3uu3u断uuuu条00u00件N135624可以发现，扇区的地址是与u、

3、3uu及3uu的正负有关。为判断方便，我们设空间电压矢量所在的扇区NN=A+2B+3C（1.2）其中，若是u0，那么A=1,否则A=0若是3uu若是3uu0，那么B=1,否则B=00，那么C=1,否则C=01.3每个扇区中基本矢量作用时间的计算在确定参照电压矢量的扇区地址后，依照伏秒特点等效原理，采用该扇区三个极点所对应的三个电压空间矢量来逼近参照电压矢量。以参照电压矢量位于3扇区为例，如图1.3所示，参照电压Uref与U4的夹角为。U6(110)UrefTsU6T260U4(100)U4T1图1.3电压空间矢量合成表示图依照伏秒特点等效原理算出TTT113urefuref3Ts2Vdc2ur

4、ef3Ts（1.3）Vdc0TsT1T2.开关周期Ts与T1T2未必相等，其缝隙时间可用零矢量U7或U0来填补。引入通用变量X，Y，ZX3TsUVdc（1.4）Y3Ts3UU2VdcZ3T2Vs3UUdc依照前面确定的扇区标号N，可获取空间矢量所处的扇区与两个界线矢量T1、T2作用时间的关系，如表1.2所示表1.2扇区编号与计算时间的关系N123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT3T0TsT1T2当T1+T2Ts时，达到饱和状态就要对矢量作用时间应作出限制。T1、T2做以下修正：*T1T1T1T2T*T2T2T1T2Ts（1.5）s电压空间矢量切换点的计算计算出相邻两个空间电

5、压矢量的作用时间后，则应确定每个空间电压矢量开始作用的时刻，以第3扇区为例，其所产生的三相波调制波形在时间Ts时段中如图2.5所示。采用七段式空间矢量合成方式，每个扇区的合成矢量均以零矢量(000)开始和结束，中间用零矢量（111）,其余时间有效矢量合理安排。如图1.4所示。零矢量矢量A矢量B零矢量矢量B矢量A零矢量（000）（111）（000）图1.4基本电压矢量分配将零矢量周期分成三段，其中矢量uref的起、终点上均匀分布矢量u0，而在.矢量uref中点处分布矢量7，且T7T0。电压向量出现的先后序次为u0、4、uuu6、u7、u6、u4、u0，各电压向量的三相波形则与开关表示符号相对应。

6、矢量的切换点为：TTTaTsT1T2/4bTaT1/2TsT1T2/4（1.6）cTbT2/2TsT1T2/4假设零矢量（000）和零矢量（111）在一个开关周期中作用时间相同，生成的是对称PWM波形，再把每个基本空间电压矢量作用时间一分为二。其余各扇区的开关切换序次同理，如表1.3所示。表1.3各扇区时间切换点N123456TaTbTaTaTcTcTbTbTaTcTTbTaTcbTcTcTbTcTaTbTa载波为等腰三角波，且宽为开关周期Ts，这样经过三角载波调制产生PWM信号去控制逆变器的三相开关做出相应的动作，使之产生的输出电压随从参照电压，达到了逆变的目的。2SVPWM控制三相有源逆变

7、的Matlab仿真2.1SVPWM控制算法的仿真实现利用Simulink环境下的丰富模型，可以很方便的实现上一节所述的SVPWM控制算法。实现SVPWM算法的各个子系统模型以下所示：1）将三相静止坐标系（，）中的Ua、Ub、Uc变换成两相垂直静止坐标系（，）中的U、U。在Simulink中，其实现框图如图2.1所示：-K-1AddGain2Ualpha10.5UabcGain0.5-K-2Gain1Gain3UbetaAdd1.图2.1Ua、Ub、Uc变换成U、U模型框图2）计算参照电压矢量Uref所处的扇区。依照U和U的关系判断参照电压矢量Uref所在的扇区Sn，只需要经过简单的加减及逻辑运

8、算即可确定其所在的扇区。在Simulink中，其实现框图如图2.2所示：1ConstantSwitch2-K-Ubeta2Gain21SubtractSwitch1Gain2Saturation216UalphaSubtract2311/2414SnGain1Switch2Gain35Subtract14603MultiportConstant1SwitchScope5图2.2参照电压矢量所处扇区判断模型框图3）产生驱动波形。将三角载波周期Ts作为准时器周期，与切换点Taon，Tbon，Tcon比较，从而调制出SVPWM波形，其仿真模块如图2.3所示：Scope1RepeatingScopeS

9、equence1TaonScope2SubtractRelayNOTdouble2DataTypeConversionTbonSubtract1Relay11NOTdoublePWMDataTypeConversion13TconSubtract2Relay2NOTdoubleDataTypeConversion2Scope4Scope3图2.3驱动模型PWM产生模型框图以上给出了在Simulink中实现SVPWM控制算法的各个子系统的框图，而图2.4为实时产生SVPWM波形并控制开关管的开关来达到逆变成效的整个仿真框图。给定采样周期Ts和直流母线电压Udc，参照电压矢量Uref在A，B，C轴

10、系下的重量由三相对称正弦电压Ua，Ub，Uc供应，输出脉冲即为实时产生的SVPWM波。.Scope4A+UavB-UabcPWMScope3UbA+vSVPWMcontrol-Scope2gUc+AAA800Vi+BBB-RCCCi+LUniversalBridge-Ri+-A+vR-ABCB+Discrete,AvTs=1e-006s.-CBCScope5powergui+CvABCScope-图2.4逆变模型总框图2.2SVPWM控制算法仿真结果及解析逆变器输入的直流电等效为Udc=800V，接到使用IGBT的三相桥式逆变电路上；利用脉冲信号生成模块发出的六路PWM信号对逆变桥路六个功率开

11、关管进行PWM控制；从逆变桥路输出三相电压经过三对L和C构成的低通滤波器及电抗器构成整个逆变回路。其中L=15mH，C=45pF，R=10?。仿真中，开关频率20K，失散采样时间设为1e-006秒，仿真时间定为0.5秒，步长选为系统自动设定值，仿真求解器设为可变步长失散型求解器。仿真测量结果以下：1）图2.5为给定的三相正弦电压波形，ABC三相互差120度，220V。20015010050V/eg0tl-50V-100-150-20000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20Time/s.图2.5给定的三相正弦电压波形2）图2.6为参照电压矢量Uref所

12、处的扇区。从图中可以看出扇区的选择序次为6，5，4，3，2，1，。65.554.54n3.5S32.521.510.020.040.060.080.100.120.140.180.200Time/s图2.6扇区选择图3）图2.7为逆变器经过电压空间矢量控制后逆变获取的A相电压波形。从图中可以看出逆变获取的相电压为正弦波形，电压峰值为257V。250200150100V50/ega0tlo-50-100-150-200-25000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20Time/s图2.7逆变后A相的电压波形4）图2.8为逆变器经过电压空间矢量控制后逆变获取

13、的线电压波形。从图中可以看出逆变获取的线电压为正弦波形，电压峰值为445V。.500400300200v100eg0aloV-100-200-300-400-5000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.200Time/s图2.8逆变后线电压波形6）图2.9为逆变器经过电压空间矢量控制后逆变获取的三相电压波形。从图中可以看出逆变获取的三相电压为正弦波形，三相波形互差120度，电压峰值为257V。300200100s/egatl0oV-100-200-3000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.200Time/s图2.9逆

14、变后三相电压波形7）图2.10为逆变器经过电压空间矢量控制后逆变获取的三相电流波形。从图中可以看出逆变获取的三相电流为正弦波形，三相波形互差120度，电流峰值为26A。.302010s/egatl0oV-10-20-3000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20Time/s图2.10逆变后三相电流波形总结经过学习现代电力电子这门课，我学习了逆变电路的几种控制方法，本文主要介绍了电压空间矢量控制法。第一对三相桥式电压型有源逆变器进行了研究解析，随后介绍了SVPWM调制技术的基根源理以及SVPWM的控制算法，主要包括三相电压变两相电压，合成矢量所处的扇区判断，每个扇区中基本空间矢量作用的时间和电压空间矢量切换点的计算。最后经过采用Matlab仿真软件，对SVPWM控制算法的实现进行了建模拟真，其仿真结果与理论解析的一致性证了然推导出的SVPWM控制算法的正确性。本次仿真实现了采用SVPWM控制法将800V的直流电压逆变成了三相交流电，实现逆变的功能。参照文件林渭勋