两电平电压源逆变器空间矢量调制方案.doc

任务2：两电平电压源逆变器空间矢量调制方案
周乐明 学号：S11092064 电气2班
摘要
提出了三相两电平逆变器的空间矢量调制方法，详细讨论了两 电平逆变器的工作原理及空间矢量调制的基本原理，并给出一个具体的仿真实例，通过仿真 ，可以得出实际运行中的电压、电流的波形，而且在文中给出了实例的电路原理图，使得对 于空间矢量调制的原理得以更加清楚的认识。
1. 两电平电压源逆变器空间矢量调制
1.1 结构试图
三相电压型逆变器电路原理图如图2.1所示。定义开关量a，b，c和a'，b'，c'表示6个功率开关管的开关状态。当a，b或c为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a'，b'或c'为0)；反之，当a，b或c为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a'，b'或c'为1)。由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。对于不同的开关状态组合(abc)，可以得到8个基本电压空间矢量。各矢量为：
(2-1)
则相电压Van、Vbn、Vcn，线电压Vab、Vbc、Vca以及的值如下表2-1所示（其中Udc为直流母线电压）。

图2.1 三相电压型逆变器原理图

表2-1 开关组态与电压的关系
a
b
c
Van
Vbn
Vcn
Vab
Vbc
Vca

0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
2Udc/3
-Udc/3
-Udc/3
Udc
0
-Udc

0
1
0
-Udc/3
2Udc/3
-Udc/3
-Udc
Udc
0

1
1
0
Udc/3
Udc/3
-2Udc/3
0
Udc
-Udc

0
0
1
-Udc/3
-Udc/3
2Udc/3
0
-Udc
Udc

1
0
1
Udc/3
-2Udc/3
Udc/3
Udc
-Udc
0

0
1
1
-2Udc/3
Udc/3
Udc/3
-Udc
0
Udc

1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
可以看出，在8种组合电压空间矢量中，有2个零电压空间矢量，6个非零电压空间矢量。将8种组合的基本空间电压矢量映射至图2.11所示的复平面，即可以得到如图2.13所示的电压空间矢量图。它们将复平面分成了6个区，称之为扇区。

图2.2 电压空间矢量与对应的（abc）示意图
1.2 SVPWM算法实现
SVPWM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期TPWM内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。本文采用电压矢量合成法实现SVPWM。如上图2.2所示，在某个时刻，电压空间矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量(和)和零矢量()在时间上的不同组合来得到。先作用的称为主矢量，后作用的称为辅矢量，作用的时间分别为TK和TK+1，作用时间为To。以扇区I为例，空间矢量合成示意图如图2.3所示。根据平衡等效原则可以得到下式：
(2-2)
　　　　　 　　　 　　　　　 (2-3)
　　　　　　　 　 　　　　　　　 (2-4)
式中，T1，T2，T0分别为，和零矢量和的作用时间，θ为合成矢量与主矢量的夹角。

图2.3电压空间矢量合成示意图
要合成所需的电压空间矢量，需要计算T1，T2，T0，由图2.14可以得到：
　　　　 (2-5)
将式(2-29)及∣∣＝∣∣＝2Udc/3和∣∣=Um代入式(2-30)中，可以得到：
(2-6)
取SVPWM调制深度，在SVPWM调制中，要使得合成矢量在线性区域内调制，则要满足，即。由此可知，在SVPWM调制中，调制深度最大值可以达到1.1547，比SPWM调制最高所能达到的调制深度1高出0.1547，这使其直流母线电压利用率更高，也是SVPWM控制算法的一个主要优点。
(1) 判断电压空间矢量Uout所在的扇区
判断电压空间矢量Uout所在扇区的目的是确定本开关周期所使用的基本电压空间矢量。用Uα和Uβ表示参考电压矢量Uout在α、β轴上的分量，定义Uref1，Uref2，Uref3三个变量，令：
　　　　　 　　 　　　　　　　(2-7)
再定义三个变量A，B，C通过分析可以得出：
若Uref1>0，则A=1，否则A=0；
若Uref2>0，则B=1，否则B=0；
若Uref3>0，则C=1，否则C=0。
令N=4*C+2*B+A，则可以得到N与扇区的关系，通过下表2-2得出Uout所在的扇区(如图2.2)。
表2-2 N与扇区的对应关系
Table2-2 The corresponding relationship between N and sector
N
3
1
5
4
6
2
扇区
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
(2) 确定各扇区相邻两非零矢量和零矢量作用时间
由图2.14可以得出：
　　　　　 　　 (2-8)
则上式可以得出：
　　　　　 　 　　　　　(2-9)
同理，以此类推可以得出其它扇区各矢量的作用时间，可以令：
(2-10)
可以得到各个扇区T1、T2、T0作用的时间如下表2-3所示。
表2-3 各扇区T1、T2、T0作用时间
Table2-3 The effect time of T1、T2、T0 every sector
N
1
2
3
4
5
6
T1
Z
Y
-Z
-X
X
-Y
T2
Y
-X
X
Z
-Y
-Z
T0
TPWM＝Ts-T1-T2
如果当T1+T2>TPWM，必须进行过调制处理，则令:
(2-11)
(3) 确定各扇区矢量切换点
定义：
　　 　　 (2-12)
三相电压开关时间切换点Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3与各扇区的关系如下表2-4所示。
表2-4 各扇区时间切换点Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3
Table2-4 The switching time of Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3 every sector
N
1
2
3
4
5
6
Tcmp1
Tb
Ta
Ta
Tc
Tc
Tb
Tcmp2
Ta
Tc
Tb
Tb
Ta
Tc
Tcmp3
Tc
Tb
Tc
Ta
Tb
Ta
为了限制开关频率，减少开关损耗，必须合理选择零矢量000和零矢量111，使变流器开关状态每次只变化一次。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。例如图1-4所示的扇区I，逆变器开关状态编码序列为000，100，110，111，110，100，000，将三角波周期TPWM作为定时周期，与切换点Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3比较，从而调制出SVPWM波，其输出波形如图2.15所示。同理，可以得到其它扇区的波形图。

图2.4 扇区I内三相PWM调制方式

1.3参数计算
基准相电压V
基准电流
基准阻抗V/A
又功率因素为0.95，有
设基准电阻为X，基准电抗为Y
则有

因此线路总漏电感
其中=5883V
2.simulink仿真得到的波形
其中a）为VAB的波形，b）为iA的波形，c）为VAB的THD，d)为iA的THD

a)

b)

c)

d)
图A ma=0.4 f=30HZ

a)

b)

c)

d)
图B ma=0.4 f=60HZ

a)

b)

c)

d)
图C ma=0.8，f=60HZ

a)

b)

c)

d)
图 D ma=0.8，f=30HZ
3.结论
1. VAB的波形并非半波对称，它包含有奇次谐波和偶次谐波。
2. 由于负载电感的滤波效果，iA的THD远小于VAB的THD，这是由于收到了负载电感滤波的影响。
3. 电压和电流的谐波以边带形式出现，采样频率及倍频为中心分布在两边。
4. 几波电压与调制因素成正比
5. VAB的THD睡着ma的增加而减小。
6.每半个基波周期中的脉冲个数Np对THD的影响不大

附图二：两电平电压源逆变器空间矢量调制图

图3.1 整体模型

图3.2 SVPWM仿真模型图

图3.3中间变量XYZ

图3.4 t1、t2时间的计算

图3.5计算切换时间tcm1 tcm2 tcm3

图3.6导通时刻模块

图3.7三相到两相静止变换

图3.8 扇区选择模块

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