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空间电压矢量及其控制策略 空间矢量PWM(SVPWM)控制策略是依据变流器空间电压(电流)矢量切换来控制变流器的一种思路新颖的控制策略。 空间矢量PWM控制策略早期针对交流电动机变频驱动而提出，其主要思路在于抛弃了原有的正弦波脉宽调制(SPWM )，而是采用逆变器空间电压矢量的切换以获得准圆形旋转磁场，从而在不高的开关频率(1K～3KHz)条件下，使交流电机获得了较SPWM控制更好的性能。 SVPWM技术优点： SVPWM提高了电压型逆变器的电压利用率和电动机的动态响应性能； 同时还减小了电动机的转矩脉动等； 简单的矢量模式切换更易于单片机的实现。 基于固定开关频率的SVPWM电流控制 利用(d,q)同步旋转坐标中电流调节器输出的空间电压矢量指令，再采用SVPWM使VSR的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而达到电流控制的目的 SVPWM一般问题讨论 三相VSR空间电压矢量分布 三相VSR空间电压矢量描述了三相VSR交流侧相电压(Va0,Vb0 ,Vc0)在复平面上的空间分布，由式(2-13)～式(2-17)得 23=8种开关函数组合代人式(3-1)即得到相应的三相VSR交流侧电压值 为方便起见，令A=vdc/3，不同开关组合时的电压值如下表所示： 三相VSR不同开关组合时的交流侧电压可以用一个模为2vdc/3的空间电压矢量在复平面上表示出来。 由于三相VSR开关的有限组合，因而其空间电压矢量只有23=8条，如图3-1所示，其中V0(0 0 0),V7 (1 1 1)由于模为零而称为“零矢量”。 某一开关组合就对应一条空间矢量，该开关组合时的va0,vb0, vc0 ,即为该空间矢量在三轴(a ,b ,c)上的投影。 图3-1 三相VSR空间电压矢量分布 复平面上三相VSR空间电压矢量V*可定义为 对于任意给定的三相基波电压va0, vb0 , vc0，若考虑三相平衡系统，即va0+vb0+vc0=0，则可在复平面内定义电压空间矢量 式(3-4)表明，如果va0, vb0 , vc0是角频率为ω的三相对称正弦波电压，那么矢量V即为模为相电压峰值，且以角频率ω按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量V在三相坐标轴(a,b,c)上的投影就是对称的三相正弦量 实际上，对于对称的三相VSR拓扑结构 空间电压矢量的合成 三相VSR空间电压矢量共有8条，除2条零矢量外，其余6条非零矢量对称均匀分布在复平面上。对于任一给定的空间电压矢量v*，均可由8条三相VSR空间电压矢量合成，如图3—2所示 图3—2 空间电压矢量分区及合成 6条模为2vd/3的空间电压矢量将复平面均分成六个扇形区域I ～VI 对于任一扇形区域中的电压矢量V*，均可由该扇形区两边的VSR空间电压矢量来合成 如果V*在复平面上匀速旋转，就对应得到了三相对称的正弦量。 实际上，由于开关频率和矢量组合的限制，V*的合成矢量只能以某一步进速度旋转，从而使矢量端点运动轨迹为一多边形准圆轨迹。 显然，PWM开关频率越高，多边形准圆轨迹就越接近圆。 若v*在I区时，则V*可由Vl,V2和V0、7合成，依据平行四边形法则，有 令V*与V1间的夹角为θ，由正弦定律算得 零矢量的选择，主要考虑选择V0或V7应使开关状态变化尽可能少，以降低开关损耗。 在一个开关周期中，令零矢量插入时间为T0, 7，若其中插入V0的时间为T0 =kT0,7，则插入V7的时间则为T7 = (1-k)T0,7，其中0≤k≤1。 实际上，对于三相VSR某一给定的电压空间矢量V*，常有几种合成方法，以下讨论均在VSR空间矢量I区域的合成。 图3—3 V*合成方法一 a) V*合成b)开关函数波形c)频谱分布 该方法将零矢量V0均匀地分布在V*矢量的起、终点上，然后依次由V1V2按三角形方法合成，如图3—3a所示。 从该合成法的开关函数波形上(见图3—3b)分析，一个开关周期中，VSR上桥臂功率管共开关4次 由于开关函数波形不对称，因此PWM谐波分量主要集中在开关频率fs以及2fs上，其频谱分布如图3—3c所示，显然在频率关处的谐波幅值较大。 图3—4 V*合成方法二a) V*合成b)开关函数波形c)频谱分布 方法二的矢量合成仍然将零矢量V0均匀地分布在V*矢量的起、终点上。但与方法一不同的是，除零矢量外，V*依次由V1V2 V1合成，并从V*矢量中点截出两个三角形，如图3—4a所示。 由图3—4b的PWM开关函数波形分析，一个开关周期中VSR上桥臂功率管共开关4次，且波形对称; 其PWM谐波分量仍主要分布在开关频率的整数倍频率附近，谐波幅值显然比方法一有所降低，其频谱分布如图3—4c所示。 图3—5 V*合成方法三a) V*合成b)开关函数波形c)频谱分布 方法三将零矢量周期