SVPWM控制原理

空间电压矢量（SVPWM）控制的原理异步电机输入正弦三相电流的根本目的是产生空间圆形磁场，从而使产生的电磁转矩恒定，为了实现这一目标把逆变器与异步电动机做为一个整体，以最终产生圆形旋转磁场为目的来控制变换器的输出电压，这种控制方法称为“磁链跟踪控制”，因为磁链轨迹通过电压空间矢量相加而得到，所以又被叫做“电压空间矢量控制”，即SVPWM控制。其理论基础是平均值等效原理，使一个开关周期内基本电压矢量组合的平均值和给定的电压矢量相等。SVPWM控制技术不仅可以用于控制逆变器，还可以用于控制整流器，该控制方法是以规则采样PWM为基础而改进的准优化PWM法，具有实时控制容易且计算简单的优点。BACNdcu135462转子侧PWM变换器A相等效相量图在理想情况下，供给双馈电机的电压为三相正弦电压，)32sin()32sin()sin(tttUuUuUumcmbma由合成电压矢量的定义可得：)(322uuuucba在上式中，令3/2je，可以得到在理想供电电压情况下双馈电机的合成电压空间矢量为tjmeUu2。在理想的情况下，其电压空间矢量是圆形旋转矢量，其磁通也是圆形旋转矢量。现在分析逆变器的输出情况，为了分析简便，把六个功率开关元件用开关符号代替，上桥臂导通时用“1”来表示，下桥臂导通时用“0”来表示，即1SK，表示k值对应的上桥臂导通，下桥臂关断；0SK表示k值对应的上桥臂关断，下桥臂导通。在任意时刻六个桥臂中一定有三个开关器件导通，另三个开关器件关断。而从逆变器拓扑结构来看，功率开关器件有8中状态，如下表所示。开关状态与相电压和线电压的对应关系表如果不计定子绕组电阻的压降，对应6个非零的电压矢量运动的轨迹呈六边形，其相邻的两个非零矢量的夹角为060，零矢量与原点重合。1(001)V5(101)V4(100)V6(110)V2(010)V3(011)V136245αβ0(000)V7(111)V电压空间矢量分布图由上面分析可知，当用这种逆变器向双馈感应发电机提供励磁电流时，产生的不是圆形旋转磁场，而是正六边形旋转磁场，其磁通大小与旋转角速度都不固定，因此产生转矩脉动不利于电机匀速转动使电机容易损坏。要使旋转磁场逼近圆形就必须有更多的逆变器开关状态，以获得边数更多的多边形。通过这8个基本电压矢量状态的线性组合，可以构成一组幅值相同相位不同的电压空间矢量，从而可以叠加出尽可能逼近圆形旋转磁场的磁链圆，这就是SVPWM控制的基本原理。以旋转磁通位于上图所示1扇区为例，由最近的V1、V2、V0合成电压矢量，按伏秒平衡原则可得，VTVTVTVTouts002211上式中，T1、T2、T0分别表示V1、V2、V0在PWM变换器的开关周期Ts内的持续时间，其中TTTTs021，Vout为合成电压矢量。从上述SVPWM控制原理可知，要有效控制磁通的轨迹，必须处理好下面三个问题：(1)确定电压矢量的位置，即判断其所处扇区；(2)确定构成合成电压矢量的各个电压矢量的作用时间；(3)确定构成合成电压矢量的各个电压矢量的作用次序。问题（1）：如图，把圆平面分为六个弧度均等的扇区，由相邻两个电压矢量即可合成对应扇区内任意的电压矢量；问题（2）：以扇区1为例，每个电压矢量的作用时间可由下列公式求得TeVTVTVjTsjoutDCDCs0)32()32)(2321(01令上式中等号两边的实部与虚部相等，即可得到：TTTTTmTTmTssasa21021sin)3sin(上式中，ma表示调制系数，其中VVmDCouta/3，表示参考矢量与Vout的夹角。Vout落在其他的扇区时，仍可用上式计算每个电压矢量的作用时间，只要对进行调整：3/)1(0k，k为Vout所在扇区，6~1k。问题（3）：构成合成电压矢量的每个电压矢量作用次序遵守如下原则：每一次电压矢量变化仅有一个桥臂上的开关元件动作。如果有两个或三个桥臂上的开关元件同时动作，在线电压的半个周期内就会出现反极性的电压脉冲而产生反向转矩，从而引起转矩脉动和电磁噪声。