两电平电压源逆变器空间矢量调制方案.docx
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两电平电压源逆变器空间矢量调制方案
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
1.2SVPWM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2-2N与扇区的对应关系
Table2-2ThecorrespondingrelationshipbetweenNandsector
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
Table2-3TheeffecttimeofT1、T2、T0everysector
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
Table2-4TheswitchingtimeofTcmp1、Tcmp2、Tcmp3everysector
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Ama=0.4f=30HZ
a)
b)
c)
d)
图Bma=0.4f=60HZ
a)
b)
c)
d)
图Cma=0.8,f=60HZ
a)
b)
c)
d)
图Dma=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3.2SVPWM仿真模型图
图3.3中间变量XYZ
图3.4t1、t2时间的计算
图3.5计算切换时间tcm1tcm2tcm3
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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- 电平 电压 逆变器 空间 矢量 调制 方案