SVPWM原理讲解以及应用过程中推导与计算.docx

110U60Udc-UdC2孔0I0V2-UdcWc001IU3-UdC0Wc200Ul0-UdcWc101U5WcTidC0I1IU70000001.VOll)图2-9给出了八个基本电压空间矢麻的大小和位置，其中非零矢量的值相同(模长为2Udc3).相邻的矢量间隔60-,而两个零矢量幅值为零，位于中心,在每一个崩区，选择相邻的两个电压矢麻以及零矢Ii1.依据伏秒平衡的原则来合成毋个侬区内的协建电压矢依，即;J：qm=J：um+£%w+1./m(2-31)或者等奴成卜式：U"*T=UJTX+UJ7+U°F(2-32)其中，Uref为期望电压矢盘:T为采样周期:Tx.Ty,TO分别为对应两个非导电压矢fitUx、Uy和零电东矢量CO在一个采样周期的作用时间：其中10包括了UO和U7两个零矢累.式(2-32)的意义是，矢量Uref在T时间内所产生的积分效果值和Ux,Uy,U0分别在时间Tx.Ty.TO内产生的枳分效果相加总和值相同由于三和正弦波电压在电压空间向量中合成一个等效的旋转电压其旋转速度是输入电海角频率,等效旋转电压的轨迹将是如图2-9所示的Bl形所以要产生.相正茏波电选,<236)或者T7=(TST4-T6)汨到以1?1、U6、U7及UO合成的Uref的时间后，接下来就是如何产生实际的脉宽词制波形.在SVPiM御制方案中，等矢量的选择是最具版捷性的，适当选择等矢量，可G大限度地削减开关次数，尽可能避开在负我电流较大的时刻的开关动作，政大限位地削减开关损耗。一个开关周期中空间矢衣按分时方式发生作用,在时间.构成一个空间矢量的序列.空间矢疑的序列组织方式有多种.依据空间矢量的对称性分类.可分为两相开关换流及:和开关换流,卜面时常用的序列殆分别介绍。1.2.17段式SVPWM我们以削减开关次数为目标.符基本矢盘作用依次的安排原则选定为：在每次开关状态转换时,只变更其中一相的开关状态.并口对零矢fit在时间上进行了平均安排，以使产生的Pml对称,从而有效地降低PWM的谐波里量。当U4(100)切降至UO(OOo)时,只需变更A相上下一对切换开关,若由U4(100)切换至U7(Ill)则需变更B、C相上下两对切换开关,增加了一倍的切换损失,因此要变更电压向业W(100),112(01。)、UI(OOD的大小，需协作零电压向点UO(OOO).而要变更U6(110)sU3(011)xU5(101),需协作零电压向鬓U7(lll).这样通过在不同区间内支配不同的开关切换依次,就可以获得时称的输出波形，其它各扇区的开关切换依次如表2-2所示.IKCOa60o)'',1-6-7-7-6-l'，,OII'-1.0,II:'rA,->-Tf.>IIlX(60°>120o)-2-6-7-7-6-21，O1"I1111O,O1-,'101o*<,BInn1.»IBI.IIIIK(120-WOWI80”>2-3-7-7-3-2«t,IIn"I'I.|_JIIII.T?A,p-IT1IVK(180O240>-1-3-7-7-3-1-O"II三一，II"J.ll.l(1l-1.r.0III'11.*-TIVR(24(WOW300”>l-5-7-7-5-lO4OII400IIIIII一dII1.TV>1.3SVPWM限制算法通过以上svr*w的法则推导分析可知要实现SYl叫M恰号的实时隅制,首先须要知道参考电压矢量Uref所在的区间位司，然后利用所在国区的相邻两电压矢收和适当的零矢量来合成参考电压矢量，图2T0是在静止坐标系(,B)中描述的电压空间矢居图，电压矢收调制的限制指令是矢量限制系统给出的矢技信号Uref,它以某一用就率3在空间逆时针脆转，当旋转到矢量图的某个64T端区中时，系统计算该区间所需的基本电压空间矢量，并以此矢量所对应的状态去驱动功率开关元件动作.当限制矢量在空间旋转360'后,逆变涔就能输出一个周期的正弦波电压.13.1合成矢量Uref所处扇区N的推断空间矢双调制的第一步是推断由Uu和U6所确定的空间电压矢城所处的图区。假定合成的电压矢H落在第I扇区,可知其等价条件如下r,<arctan(UUu)<6O0以上等价条件再结合矢量图几何关系分析，可以推断出合成电压矢量Ircf落在第X城区的充分必要条件，得出下去：扇区落在此塌区的充要条件IUa>0,U>OJlUB/Ua<3IlUa>0,jlUUa>3IllUa<0,UB>0且-UB/Ua<百IVUQ<0,UlKQ且UB/Uu<3VU68且UBUa|>、石VlUa>0.U<O且-UB/Uq<3若进一步分析以上的条件，有可看出参考电乐矢量Uref所在的扇区完全由U.5U«-UP,7?UQ-UB三式确定，因此令；再定义,若Ul>0.则AE,否则A-0：若U2>0,则B=I.否则B=0：若U3>0,则C=1.否则C=O.可以看出A,B.C之间共有八种组合，但由推断扇区的公式可知A.B,C不会同时为1或同时为0.所以实际的组合是六种，A,B,C组合取不同的值时应若不同的扇区，并且是一一对应的，因此完全可以由A,B,C的组合推断所在的扇区.为区分六种状态，令N=4C+2*B+R,则可以通过下表计算参考电压矢中Uref所在的醐区。表2-3P值及扇区对应关系N315462崩区号IIlIIINVVl采纳上述方法，只需经过茴沽的黑奴及逻辑运弊即可确定所在的l区，对于提高系统的响应速度和进行仿真都是很有意义的.1.3.2基本矢量作用时间计算及三相PWM波形的合成在传统SYPBM算法如式2-34中用到了空间角度及三角函数，使得干脆计算基本电压矢疑作用时间变得非常困难。M实上,化.以Uref处在第1扇区时进行分析,U“CoSei2sin加3经过整理后得出：以工争也+为5=M滴I只要充分利用U«和UB就可以使计算大为荷依据图2-10有：pnslcosI0小.1.Jsin3J里£.同UUl（.Ulll.Y%（7段）或7；=7,-7；-7（5段）同理可求得Uref在其它扇区中各矢fit的作用时间,结果如表2-4所示,由此可侬据式2-36中的UI、U2、U3推断合成矢量所在扇区,然后查表得出两作零矢用的作用时间,最终得出三和FMI波占空比,表24可以使SVPWM算法编程简算实现.为了实现对算法对各种电压等级适应，一般会对电压进行标幺化处理，实际电压U=UVbiixe.U'为标幺值.在定点处理其中一股为Q12格式,即标幺值为I时.等于4096,饯定电压基仪为，UnOm为系统颔定电压，一般为税电压，这里看出基值为相电压的峰值以DSP的PWM模块为例,假设开关频率为k.DSP的时钟为旬加依据PWM的设也要是想开关猱率为Is时，PWM周期计数器的位为NTPWnHdsp恨2则对时间转换为计数值进行如卜推号：NTN=十n=TjS=NTG=NTpwmTfJsNTpwmNTpwinJjT=>N16=NTpwmTAfs=NTPMin*-Uifs=5*=>Nf4=NTpwm*=NTpwm*-j3NwmUbasey/2NTpwinUnotnU*<J»U；=Ni=KsvpwmWfl=KsvpwmUi其中和弓为实际值的标幺值，令发波系数，Ksvpwm=同理可以得到Nni=KSw)Wm(*U：-?）=KsvpwinU发2-4各府区基本空间矢i的作用时间扇区时间ITNt=TNxTN6=TNyIlN2二TNXTN6=TNyIll,R2=TNxTN3=TNyNTNl=TNxTN3=TNyVTNl=TNxTN5=TNyVlTN4=TNxTN5=TNy由公式(2-38)可知，当两个零电压矢Ift作用时间为O时，一个叫M周期内非零电压矢域的作用时间最长，此时的合成空间电压矢量幅值最大，出图2T2可知其福信最大不会超过图中所示的正六边形边界.而当令成矢出落在该边界之外时,招发生过调制.逆变涔输出电压波形将发生失直.在SYPUM调制模式下，逆变器能钙输出的最大不失直圆形旋转电压矢量为图2T2所示虚戏正六边形的内切阴，其福值为：，即逆变那输出的不失Jt最大正弦相电压偏值为，而若采纳一:相SIMY调制，逆变涔能怆出的不失页最大正弦相电压幅值为UdC/2。明显SVPWM调制模式下对出流恻电压利用率史高，它们的直流利用率之比为=1.1547,即SYMM法比SPBil法的直流电压利用率提商了15.47%,ffl2-12SVpwM模式下电压矢最低做边界如图当合成电压矢Ift端点落在正六边形及外接网之间时已发生过调制.输出电乐将发生失真，必需实行过调制处理，这里采纳一种比例缩小算法，定义期个扇区中先发生的矢崎用为TNx,后发生的矢量:为TNy。当Tx+TyWTNPW时，矢量擢点在正六边形之内，不发牛.过调制：当TNx÷1Ny>TNMM时，矢量端点起出正六边形，发生过两制.输出的波形会出现严岐的失直，能实行以下措施：设将电压矢量端点轨迹端点拉回至正六边形内切硼内时两非专欠盘作用时间分别为TNx',TNy",则有比例关系：(2-39)因此可用下式求得TNx'.TNy»TNO.TN7：(2-10)依据上述过程，就能得到每个南区相邻两电压空间矢盘和零电压矢M的作用时间。当Uref所在扇区和对应有效电压矢用的作用时间确定后，再依据PUw调制原理，计算出姆-相对应比较器的假，其运算关系如下在I国区时如下图，7段<2-41)J=(Tf)/2仆=ru,+T,同理可以推出5段时,在I扇区时如式,(2-42)不同PwM比较方式，计数侦会完全不同，两者会差180度段数以倒三角计数，对应计数涔的伯以正三角计数，对应计数器的伯7Ntan=TNPWM-(NTPWM-Tfll-7)/2Nz=TNPWM-NTfa户E=WPMM-NM-小Nx(NTpwMFF加NuWI=NSM+TNX=+75Ns=TNPWMNmm=TNPWM-TNxNMIlt=TNPwM-Ngn-TNy<Ns=0NtlMn=TNXNtam=N,hon+TNy其他南区以此类推，可以得到表2-5,式中Ntaon、Ntbon和NICon分别是相应的比较潺的计数卷值.而不同扇区时间安排如表2-5所示,并将这三个值写入相应的比较寄存器就完成了整个SVPIM的算法，表2-5不同扇区比较零的计数值用区123456TaNtaonNtbonNtconNtconNtbonNtaonTbNtbonNtaonNtaonNtbonNtconNtconTcNtconNtconNtbonNtaonNtaonNtbon1.4SVPWM物理含义SVPWM实质是一种时在：相正弦波中注入了零序重小的诩制波进行规则采样的一种变形SPWM（IISVPWM的调制过程是在空间中实现的，而SPWM是在ABC坐标系下分相实现的：SPWM的相电压调感波是正弦波,而SVPWM没有明W的相电压调制波是第含的。为了揭示SVPWM及SPWM的内在岷系，衙求出SVPWM在ABC坐标系上的等收调制波方程，也就是将SVPWM的除含调制波显化.为此,本文对其解制波函数进行了具体的推导，由表3-2我们知道了各扇区的矢敏发送依次：奇数区依次为：UO.Uk.Uk+1.U7.Uk+1,Uk.UO儡教区依次为：UO,Uk+1,Uk,U7,Uk,Uk+1,UO利用空间电压矢量近似原理，可总结出下式：.k11k117；1=sin7-cosVcos6>'Jw丁in出土-cos生业疝J33J式中m仍为SVPWM调制系数,利用以上各式就可得到在第I扇区的各相电年平均伯：华营+?+与+A与+与-9=郛MCOS%）UM=T（-寺吟+与+K埒-争=郛MSin-令同样可以推导出其它扇区的调制波函数,其相电压调制函数如卜:UU三+小。加ge<?_厚Cfr,zcos(+-)(0<n,-<211一633Uh(O)=UJ-11)<2-44)力(仍=巩(6-孑)其线电压的调制波函数为：%")=Ua()-UIls)=3IUwJSinW+?)Ulv()=Ullt,(-)<245>%»UJe)=力叫外从相电压网制波函数(2-44)来看,怆出的是不规则的分段函数.为马跋波形.从我电压调冽波函数2-45）来看其输出的则是正茏波形,