SVPWM电压矢量控制.ppt

电压空间矢量电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技）控制技术术l把把逆逆变变器器和和交交流流电电动动机机视视为为一一体体，以以圆圆形形旋旋转转磁磁场场为为目目标标来来控控制制逆逆变变器器的的工工作作，这这种种控控制制方方法法称称作作“磁磁链链跟跟踪踪控控制制”，磁磁链链轨轨迹迹的的控控制制是是通通过过交交替替使使用用不不同同的的电电压压空空间间矢矢量量实实 现现 的的，所所 以以 又又 称称“电电 压压 空空 间间 矢矢 量量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控控制制”。芬届澡展岸其菌训呀烯胎信产冯孰厩内骨笺拌锨逞岭逢殃廷剥喇帖旺钳嵌SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量的定义空间矢量的定义l交交流流电电动动机机绕绕组组的的电电压压、电电流流、磁磁链链等等物物理理量量都都是是随随时时间间变变化化的的，如如果果考考虑虑到到它它们们所所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。l 定义三相定子电压空间矢量定义三相定子电压空间矢量 k为待定系数为待定系数 爷哥松赢唬季旨蘸闻拄猜垦斧寺支粉旭始巧城迂威拴妒巴凡糕缎吴曝陀返SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量的合成空间矢量的合成l三相合成矢量三相合成矢量图图5-21 电压空间矢量电压空间矢量的合成矢量的合成矢量 裔毛绒肆荚巴绕勋崭轿育垃税鹏蚁世姥叠铅心巷愚酸勇沂氏羔津耗捞挫马SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量的定义空间矢量的定义l定子电流空间矢量定子电流空间矢量 l定子磁链空间矢量定子磁链空间矢量 亦搏猴捏聋苔磋窿槐鄙驯典泛投陕糊睛息乳常臻哺坠涡杖幅悉肘帕政椿龚SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量表达式空间矢量表达式 l空间矢量功率表达式空间矢量功率表达式 共轭矢量共轭矢量 体衰灼啃楚莽大王亩淮毒缚畅潞血赞劈殴倾难编谊捧沁龋皿祝耘哪瞩知数SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量表达式空间矢量表达式 考虑到考虑到 l三相瞬时功率三相瞬时功率 l按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则 仇女轿柬剃缎律尾捻暑趣氏帛痛哇迄绑蒜旧浆踢兜仪诈情慨溜茎伐潮酮波SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量表达式空间矢量表达式 傅弥艇穴糜代疑绒篙三骨谋霓木疆口醛综悦疽战属腿疯廊知猫鸯炭波埔屠SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量表达式空间矢量表达式 l当当定定子子相相电电压压为为三三相相平平衡衡正正弦弦电电压压时时，三三相合成矢量相合成矢量断疥咙宛哗冰污联苗喻坊狄共肇蓟智瓶头财妓爽衅滨博欲软身扼卷欧隘毗SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制空间矢量表达式空间矢量表达式 l以以电电源源角角频频率率为为角角速速度度作作恒恒速速旋旋转转的的空空间矢量，幅值间矢量，幅值 l在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。在空间作恒速旋转。弟旧映皑辽功洛昧雕汤睡翔恶夜舀裂穷呵跑封找看篇垒讲窗鲁键亿海艰嘎SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制电压与磁链空间矢量的关系电压与磁链空间矢量的关系 l合成空间矢量表示的定子电压方程式合成空间矢量表示的定子电压方程式 l忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为磁链空间矢量的近似关系为或或揍萝篓行盛刊现甫炼锗趾材慕器颈静迹革砷犯抠檬携坊来签延垮施串聂迪SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制电压与磁链空间矢量的关系电压与磁链空间矢量的关系 l当当电电动动机机由由三三相相平平衡衡正正弦弦电电压压供供电电时时，电电动动机机定定子子磁磁链链幅幅值值恒恒定定，其其空空间间矢矢量量以以恒恒速速旋旋转转，磁磁链链矢矢量量顶顶端端的的运运动动轨轨迹迹呈呈圆圆形（简称为磁链圆）。形（简称为磁链圆）。l定子磁链矢量定子磁链矢量l定子电压矢量定子电压矢量纱宴久拎贬幻诬泼春寞羌娟晌酚圣拖隆胸际预霄碑梗郑溺狈君恿姚大肤剥SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制电压与磁链空间矢量的关系电压与磁链空间矢量的关系 图图5-22 旋转磁场与电压空旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹间矢量的运动轨迹图图5-23 电压矢量圆轨迹电压矢量圆轨迹侦澡妖策就酷勾炮女磅跋滴此透激音鹰甘床酚四郁却崔男茎耀咨嗜誓鬼骄SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制电压空间矢量电压空间矢量 l直流电源中点直流电源中点O和交流电动机中点和交流电动机中点O的电位的电位不等，但合成电压矢量的表达式相等。不等，但合成电压矢量的表达式相等。l因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。上谐矮美瘴港确吁建皖遂伴辩吴彭惑敝韩丽汕阿撑阅焉喷卑逞深拢倒诫檄SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制8个基本空间矢量个基本空间矢量lPWM逆变器共有逆变器共有8种工作状态种工作状态 当当 嘿骆辆营夷谋竣旋届讣宝拼拳板贴莎蔗莫拿狂歉倒帽视躬防用俺备淳集亏SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制8个基本空间矢量个基本空间矢量依此类推，可得依此类推，可得8个基本空间矢量个基本空间矢量。当当 兔广勉名缆屉越淌绿觅渭鹤丝哺酣攀叶沫助庇鹊沼蚀诲培佯孰端崔氨啥汤SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制8个基本空间矢量个基本空间矢量l2个零矢量个零矢量l6个有效工作矢量个有效工作矢量幅值为幅值为 空间互差空间互差 妨扦珠蒙量羞誊亦岳蛾檄涎账赡闻泊更氛响麻黑烷铁达锻劲散溅痞骋但胜SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制基本电压空间矢量图基本电压空间矢量图图图5-24 基本电压空间矢量图基本电压空间矢量图泄蔗献眯砾仔句酝绷套广夕钵敖镇耘馁颓嘿整防冷雄撑驮导沫椽皿蠕瞥钦SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制正六边形空间旋转磁场正六边形空间旋转磁场 l6个有效工作矢量完成一个周期，输出基波个有效工作矢量完成一个周期，输出基波电压角频率电压角频率 l6个有效工作矢量个有效工作矢量每个有效工作矢量作用每个有效工作矢量作用 顺序分别作用顺序分别作用t时间，并使时间，并使 必遍淄甘梨眶沪核棕婆挖幽蜜耘椎俐务说蔷婪结娱痛猩莎跳刹猩剔好穷卤SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制正六边形空间旋转磁场正六边形空间旋转磁场 k=1,2,3,4,5,6 l定子磁链矢量的增量定子磁链矢量的增量 l定子磁链矢量运动方向与电压矢量相同，定子磁链矢量运动方向与电压矢量相同，增量的幅值等于增量的幅值等于角瞪浚裔缚播酮杉邢物耐局备镍堡恃广晾撑辟护叹店粟褒譬槽蜀闭凯镍刹SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制正六边形空间旋转磁场正六边形空间旋转磁场 l定子磁链矢量的运动轨定子磁链矢量的运动轨迹为迹为 图图5-25 定子磁链矢量增量定子磁链矢量增量视校式盖怜盘违凉契驭轮纶弊谎镑趁垦哨粥咒萎甚炒场淡芹柏酞炒拽扳酪SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制正六边形空间旋转磁场正六边形空间旋转磁场 图图5-26 正六边形定子磁链轨迹正六边形定子磁链轨迹l在一个周期内，在一个周期内，6个有效工作矢量个有效工作矢量顺序作用一次，顺序作用一次，定子磁链矢量是定子磁链矢量是一个封闭的正六一个封闭的正六边形。边形。嘲哺款惑詹豢栽娘没框教巾性盆梭台同养碉染砚曙寂芬睡清加粉懈琉挥阀SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制正六边形空间旋转磁场正六边形空间旋转磁场 l要保持正六边形定子磁链不变，必须使要保持正六边形定子磁链不变，必须使 l在变频的同时必须调节直流电压，造成了控在变频的同时必须调节直流电压，造成了控制的复杂性。制的复杂性。么庆拓诉帅陛涎那俊灿积纬沾呆跨敖馁京心溪瞒备脑呀亭录螺舷僚已庙壶SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制正六边形空间旋转磁场正六边形空间旋转磁场 l有效的方法是插入零矢量有效的方法是插入零矢量l当零矢量作用时，定子磁链矢量的增量当零矢量作用时，定子磁链矢量的增量表明定子磁链矢量停留不动。表明定子磁链矢量停留不动。辨挡肚叁更衬昭伺宽德诲羊旭是幕容涩烽垒悼劳诚破气颂掂述煽怨窘纬螟SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制正六边形空间旋转磁场正六边形空间旋转磁场 l在直流电压不变的条件下，要保持在直流电压不变的条件下，要保持l输出频率越低，输出频率越低，t越大，零矢量作用时间越大，零矢量作用时间t0也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越长。长。l由此可知，由此可知，零矢量的插入有效地解决了定子零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾。恒定，只要使恒定，只要使t1为常数即可。为常数即可。臼晚鉴皱薯侦衫既诲胎爹租麦野伙贫庄但淑乳萌嘴嘴酥争挨蒙先漫绞岔琉SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 l六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。导致转矩与转速的脉动。l要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。以供选择。lPWM逆变器只有逆变器只有8个基本电压矢量，能否个基本电压矢量，能否用这用这8个基本矢量合成出其他多种不同的矢量个基本矢量合成出其他多种不同的矢量呢？呢？广形赋驮殆其宅诬芳咐幸驼句舍蜡提织群背剧柑栽舀吕逛归谦颁指聪纽蝶SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 l按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基）的基本思想。本思想。l按按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。贵完耐恰胀德瘸思咕菱曾瞅掉缄瞅樊晋肌结需捶勋诌撮祁狗仁步萧受俄乍SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 图图5-27 电压空间矢量的电压空间矢量的6个扇区个扇区l按按6个有效工个有效工作矢量将电压作矢量将电压矢量空间分为矢量空间分为对称的六个扇对称的六个扇区，每个扇区区，每个扇区对应对应澈纠钓辛柿亏钢靶腥琉近誊夹醚省懒端屹彬狮鞠指灰傣垂播策知棋败澜宿SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 l基本电压空间矢量基本电压空间矢量图图5-28 期望输出电压矢量的合成期望输出电压矢量的合成l期望输出电压矢量期望输出电压矢量与扇区起始边的夹角与扇区起始边的夹角 的线性组合构成期望的的线性组合构成期望的电压矢量电压矢量 箕斑俞终绵七除犹显父鳃聂英甘辈墙奸腰墒芋意矽遗胳妆眼轻量铆误卵募SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 l在一个开关周期在一个开关周期 T0图5-28 期望输出电压矢量的合成的作用时间的作用时间 的作用时间的作用时间 l合成电压矢量合成电压矢量榨午躺鸣蚊灭疤诫控榔彰盒瞄苯尧师薪几蚊膏犀恒帆唱康诡踊讨细壶坎崇SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 l由正弦定理可得由正弦定理可得解得解得 l零矢量的作用时间零矢量的作用时间 松变旦埃垮阮痴寂锁暂勿兑擎乱春毁毖拌趁纸返怜属碌则固簧嘴盒雌认垣SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 l两个基本矢量作用时间之和应满足两个基本矢量作用时间之和应满足当当 l输出电压矢量最大幅值输出电压矢量最大幅值 痢献胖伎字抡愧毅汗雀鳖劫虐米乖蒜伎踢歹事器绵浊粮汕德舆驰吮蹦插成SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的期望电压空间矢量的合成 l当定子相电压为三相平衡正弦电压时，当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量幅值三相合成矢量幅值 l基波相电压最大幅值基波相电压最大幅值 l基波线电压最大幅值基波线电压最大幅值 澡供疾让歉双捷全透震览休供左壹活靴蔚妨账需宪贮氦气薯戏爸召掖羔募SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制期望电压空间矢量的合成期望电压空间矢量的合成 lSPWM的基波线电压最大幅值为的基波线电压最大幅值为 两者之比两者之比 lSVPWM方式的逆变器输出线电压基波最大方式的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压逆变器输出电压最多提高了约最多提高了约15%。烛航移漳嘉鞭票烁轩诀商辟背褐面宫刮施厅动盎木访伴召抗假尚堰亨德又SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制SVPWM的实现的实现 l通常以开关损耗和谐波分量都较小为通常以开关损耗和谐波分量都较小为原则，来安排基本矢量和零矢量的作用原则，来安排基本矢量和零矢量的作用顺序，一般在减少开关次数的同时，尽顺序，一般在减少开关次数的同时，尽量使量使PWM输出波型对称，以减少谐波输出波型对称，以减少谐波分量。分量。棍困呢硼系悦咒肋沸婶烬修寻亥宋鞭岿澈柱豪苍锚嘶努黑蜜烃垢寸嘎叫督SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制零矢量集中的实现方法零矢量集中的实现方法 l按照对称原则，将两个基本电压矢量的作按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，安放在开关周期的首端用时间平分为二后，安放在开关周期的首端和末端。和末端。l零矢量的作用时间放在开关周期的中间，零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并按开关次数最少的原则选择零矢量。并按开关次数最少的原则选择零矢量。l在一个开关周期内，有一相的状态保持不在一个开关周期内，有一相的状态保持不变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化，因而一相状态发生变化，因而开关次数少，开关开关次数少，开关损耗小损耗小。饭症森谭咕央你种痊烯啄涨田洞条罢勘匀加矛愿科渡颓限偷抬茧颊检中牧SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制零矢量集中的实现方法零矢量集中的实现方法 图图5-29 零矢量集中的零矢量集中的SVPWM实现实现蓟览杏酣蛇锋痹购宠捆蛾芽椰寸光镀停丑鼻雀肋扦诱伍迹痰乘芬哩箩列养SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制零矢量分散的实现方法零矢量分散的实现方法 l将零矢量平均分为将零矢量平均分为4份，在开关周期份，在开关周期的首、尾各放的首、尾各放1份，在中间放两份。份，在中间放两份。l将两个基本电压矢量的作用时间平分将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，插在零矢量间。为二后，插在零矢量间。l按开关次数最少的原则选择矢量。按开关次数最少的原则选择矢量。年剥旅贯栋氏胳辆纠链佐蓟阎龙征恤艳莫崎践希谗镶价莎僵耻兆洛遏约投SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制零矢量分散的实现方法零矢量分散的实现方法 图图5-30 零矢量分布的零矢量分布的SVPWM实现实现鹃试焕呜蔽利移卯诡检清谐贴深壬毕活疲遍骄挎藏庚抬埂瑟佐邵胀牙所仲SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制零矢量分散的实现方法零矢量分散的实现方法 l每个周期均以零矢量开始，并以零每个周期均以零矢量开始，并以零矢量结束。矢量结束。l从一个矢量切换到另一个矢量时，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化。只有一相状态发生变化。l在一个开关周期内，三相状态均各在一个开关周期内，三相状态均各变化一次，开关损耗略大于零矢量集变化一次，开关损耗略大于零矢量集中的方法。中的方法。馒衰阉赐漫鲤识揍怪期哮牧幅痴铡人贤岛歼闺影叁烹皱矛喘韭幸量音菊盘SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制总体仿真图总体仿真图葵膊炽勒疥哇佳信桌岔游橙寿妖辛览券戎烷申淘献刹各耐寓面契肄畔沂锡SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制激励激励酒隘愿蚀图戳诵贤盔吕疗阳卿抬弓怨享阜阀肮秀徊傻该姚带秩汽奴撇咆重SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制 SVPWM筐企辉痪缘佩催好睦覆褒寄汗帅念痰外嘘士尘戊扮宇音页说娟婆挪龋掖歇SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制Ed-Uabc慕着彝滩辊蓝滓蒙漓妇迪腰等雇甩琳昨关沂蹦孟滞玖例坛圈淄帧隆皇苟貌SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制 开关函数开关函数吗恭剪躯勿艳拍顷肮涡僚莆址叼敦陡瓣耙戳隧绒化式猫老咙慢艇虹揣湾斜SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制俗涉晶兽躯与慈修桅吝恫希柄好冠掺血漏舒汤嘘啃锄竹仗坚划靶羡饲芯利SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制总体仿真图誉铡皱注姜涯霞诈啄陵寄茹锄讥苯难旧全谤哟录讲驾绦速廊虞恃糠铡六证SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制强奥隧偿亩饥比可轨臼营射溪惕棒弦季三陕洋拿暂捷命严污怯滴思亲晨壁SVPWM电压矢量控制SVPWM电压矢量控制