电力电子SVPWM五段法仿真.docx

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电力电子SVPWM五段法仿真

SVPWM的MATLAB仿真实现

【仿真要求说明】

利用MATLAB中Simulink产生DPWM2普通五段法的SVPWM的PWM波形，其中调制比m作为输入变量，在60s内m从0线性增加到1.154。

另外基波频率50Hz，PWM频率10KHz。

【仿真设计说明】

1.将三相正弦参考电压变换为空间参考矢量

三相正弦参考电压频率与基波频率相同为50Hz，将三相电压通过三二变换得到空间参考矢量，三二变换的公式如下：

在simulink中生成的子系统模块框图如下：

2.确定参考矢量所在扇区

对于空间扇区编号如下：

首先定义三个变量的值：

；

；

当三个变量的值分别为正时，对应变量A,B,C的值是1，否则为0，则

，计算得到的S的值和扇区标号的对应关系如上图所示。

为了方便在仿真过程中，采用S的值作为扇区标号。

Simulink中用于判断扇区所搭建的模块框图如下所示：

通过示波器观察输出S的波形如下：

通过上图结果可以看到，扇区切换的顺序为2,3,1,5,4,6…即矢量图中的逆时针顺序。

3.合成参考矢量时扇区两矢量的作用时间计算

对于每一个扇区，存在两个相邻的空间基本矢量（每一种开关状态对应一种空间基本矢量），先假设在一个PWM周期中，扇区逆时针方向上方的矢量作用的时间是

，另一个矢量作用的时间为

。

根据SVPWM的等效原理，两个矢量和时间的乘积得到的两个矢量合成对应的空间旋转矢量。

下面通过对于扇区标号为3的扇区的时间计算进行举例说明时间计算方法：

如上图所示，

就是空间旋转矢量，由上面的关系可以得到：

故

，

，所以得到：

通过简单求解可以得到：

，

同样可以计算其他几个扇区的两个矢量的作用时间，得到结果汇总如下：

S

1

2

3

4

5

6

Y

-X

-Z

Z

X

-Y

Z

Y

X

-X

-Y

-Z

其中

，

，

在仿真中该部分内容由下面的子系统实现：

上面两个子系统模块中，第一个用来计算X,Y,Z的值，第二个利用X,Y,Z的值分扇区地计算每个扇区的

的值。

4.一个PWM周期中基本矢量作用的切换时间点

本次仿真采用DPWM2方式，该方式下每个扇区的零矢量选取如下所示：

所以根据波形对称和每次开关状态只能变化一个的要求得到不同扇区的开关状态的切换（即A,B,C三相的波形）如下表所示：

扇区

1

2

A

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

B

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

C

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

扇区

3

4

A

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

B

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

C

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

扇区

5

6

A

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

B

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

C

0

0

1

0

0

1

1

1

1

1

由上面结果看出，每个扇区中一个PWM周期中第一个出现的开关状态都是上面假设的作用时间为

的那个矢量。

计算出来的切换时间最终会与下面所示的三角波进行比较产生IGBT的控制信号：

所以通过设计得到不同扇区的等效调制波的取值如下所示（Tpwm=T）：

S

1

2

3

Tcmp1

0.25T-0.5T1

0.25T-0.5T1-0.5T2

-0.25T

Tcmp2

0.25T-0.5T1-0.5T2

0.25T

0.5T1-0.25T

Tcmp3

0.25T

0.25T-0.5T1

0.5T1+0.5T2-0.25T

S

4

5

6

Tcmp1

0.25T

0.5T1+0.5T2-0.25T

0.5T1-0.25T

Tcmp2

0.25T-0.5T1

-0.25T

0.5T1+0.5T2-0.25T

Tcmp3

0.25T-0.5T1-0.5T2

0.5T1-0.25T

-0.25T

该部分在simulink仿真中用下面的子系统模块进行实现：

5.通过与三角波进行比较得到控制信号

通过将上面得到的Tcmp1，Tcmp2，Tcmp3和上面说到的三角波信号进行比较，可以得到IGBT门极控制信号。

该部分的模块如下所示：

6.最终的仿真原理图

用上面得到的控制信号一同控制IGBT的门极，逆变器负载取阻感性负载，得到的最终的完整电路图如下所示：

【仿真结果分析】

由于仿真要求调制比在60s内从0线性增加到1.154，但是由于simulink无法进行60s长时间的仿真，故采用在时间模块CLOCK上加常量的形式来取60s内的一段进行仿真（调制比仍随着时间在0到60s内线性递增）。

下面取几个不同的时间段进行说明：

t=10s时，调制比为0.192

等效调制波形如下所示：

PWM波形如下所示（相电压）：

线电压如下：

负载为阻感性负载时的相电流为：

t=45s时调制比为0.8655

等效调制波：

PWM相电压波形：

PWM线电压波形：

电流波形：

t=60s时调制比为1.154

调制波波形：

PWM相电压波形：

PWM线电压波形：

相电流波形：

【实验总结与收获】

1.最后得到的PWM波形与课上所讲的相同，并且电流为正弦，并且通过示波器可以观察到周期为50Hz，所以实验结果是正确的；

2.通过本次仿真，我对于SVPWM算法的原理与实现方法有了深刻的了解。