【正文】 LINK 簡介 ........................................ 26 SVPWM 的 SIMULINK 的實現(xiàn) .................................................. 27 仿真結果與分析 .......................................................... 31 逆變器供電下三相有源電力濾波器系統(tǒng)仿真模型 ...................... 31 仿真結果 ............................................................. 32 仿真結果分析 ......................................................... 34 第六章 結論與展望 ........................................................ 36 結論 .................................................................... 36 展望 .................................................................... 36 致謝 ........................................................................ 37 參考文獻 .................................................................... 38 畢業(yè)設計（論文）說明書 1 第一章 緒論 脈寬調制 (PWM)技術發(fā)展概況 (PWM)技術的發(fā)展現(xiàn)狀 1964 年，德國的 A. schonung 等率先提出了脈寬調制變頻的思想，他們把 通訊系統(tǒng)中的調制技術推廣應用于交流變頻。用這種技術構成的 PWM 變頻器基本上解決了常規(guī)六拍階梯波變頻器中存在的問題，為近代交流調速系統(tǒng)開辟了新的發(fā)展領域。隨著全控型快速半導體自開關器件的發(fā)展， PWM(Pulse Width Modulation)控制技術得到了快速的發(fā)展。 PWM 控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 PWM 控制技術僅用一組就具有調壓功能和諧波控制能力，由于它具有輸出接近正弦波和輸入功率因數(shù)高的特點，所以無論對于交流調速還是不停電電源 UPS 等都極為難得，它有利于簡化結構，改善性能和提高效率。由于上述原因， PWM 技術頗引人 注意，人們對 PWM 技術進行了深入的研究，得到了許多改進的 PWM 方法。圖 列出了脈寬調制方法的分類。 圖 脈寬調制方法的分類 目前，在 PWM 控制方法中使用最多和研究最多的是正弦波 PWM，即SPWM 方法。為了改善輸出波形、減低諧波含量以及優(yōu)化某項性能指標，人們又將 SPWM 技術進行了優(yōu)化和完善，提出了各類新型 SPWM 方法，圖 列出了這些新型方法。 三角載波調制法：目前，這種方法應用最為廣泛，正弦調制波 ((SPWM)脈寬調制方法 按輸出電壓極性 按調制信號形狀 按開關頻率 單極性 PWM 雙極性 PWM 正弦波 PWM 矩形波 PWM 同頻式 倍頻式 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 2 是它的基本型，其它 形狀的調制波主要是為了提高直流電源的利用率并改善輸出正弦波形的頻譜。它的特點是控制靈活，有快速的動態(tài)響應，可以進行瞬時值控制。 預定相位法：它的主要特點是離線計算出各開關點的時刻和開關器件的通斷次序，存于計算機的存儲器中，依靠數(shù)字電路或計算機來實現(xiàn)要求的波形。由于微機系統(tǒng)體積的縮小，性能價格比的提高，出現(xiàn)了各種形式的相位預定法，其中較有優(yōu)勢的是以下幾種： 圖 常用 SPWM 控制方法的分類 (1)諧波消除法：其思想是控制 PWM 輸出波形中的 各個轉換時刻，保證四分之一波形的對稱，根據(jù)輸出波形的傅立葉級數(shù)展開式，將要消除的諧波幅值以及要控制的基波幅值組成非線性超越方程組，利用數(shù)值方法離線計算出各開關的通斷時刻，達到完全消除預定諧波和控制基波幅值的目的。 (2)改進 SPWM 法：這類方法有采樣式 SPWM 法、區(qū)段面積等值法等，其實質是將調制波 (一般為正弦波 )周期分成 n 等份，在每一等份的觸發(fā)脈沖寬度上做文章。采樣式 SPWM 法使脈沖寬度正比于該等份的正弦波面積。 (3)最優(yōu) PWM 法：這種方法是依據(jù)應用的最優(yōu)準則 (諧波電流失真度最小、脈動轉矩 最小或磁通軌跡最圓等 )構造目標函數(shù)，利用優(yōu)化算法離線計算各個開關的通斷時刻。 三角載波調制法 ▽調制法 SVPWM 正弦調制波 梯形調制波 正弦矩形調制波 矩形調制波 跟蹤型 PWM 法 磁鏈追蹤型 PWM 法 預定相位法 相移 PWM 法 其他優(yōu)化調制波 諧波消除法 改進 SPWM 法 最優(yōu) PWM 法 正弦脈寬調制方法 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 3 預定相位法的共同特點是控制性能好，抗干擾性好，可以最優(yōu)化，但無法進行瞬時值控制。 ▽ 調制法：又稱跟蹤 PWM 法或自適應電流控制 PWM，該技術是基于電流控制的，將實際的輸出電流與調制波相比較，在電流超出某一規(guī)定的滯后區(qū)域情況下，控制逆變器反相，使電流衰減，反之亦然，迫使實際電流在所需的滯后區(qū)域之內跟蹤調制波。 相移 PWM 法：以控制輸出電壓為目的。它將若干個逆變橋在輸出端用變壓器藕合在一起，依靠調節(jié)橋與 橋之間的相移角可以控制輸出電壓。它可以在不增加每臺變流器的開關頻率的條件下，提高整個系統(tǒng)的等效開關頻率。 電壓空間矢量脈寬調制 (PWM)技術，又稱磁鏈追蹤型 PWM，它是從電動機的角度出發(fā)，著眼點在于如何使電動機獲得圓磁場。它是以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機的理想磁鏈圓為基準，用逆變器不同開關模式所產(chǎn)生的實際磁鏈矢量來追蹤基準磁鏈圓，由追蹤的結果決定逆變器的開關模式，形成 PWM 波。 (PWM)技術的應用 近 10 年來由于 PWM 控制技術可以極其有效地進行諧波抑制，而且它 的動態(tài)響應好，在頻率、效率諸方面有著明顯的優(yōu)點，因而其在電力電子領域得到了廣泛的應用，并對電力電子技術產(chǎn)生了十分深遠的的影響。 PWM 控制技術在交 直、直一直、交一交、直一交所有四大類交流電路中都已得到了廣泛地應用。 直流斬波電路實際上就是直流 PWM 電路，這是 PWM 控制技術應用較早也成熟較早的一類電路，把直流斬波電路應用于直流電動機調速系統(tǒng)，就構成廣泛應用的直流脈寬調速系統(tǒng)。 交流一交流變流電路中的斬控式交流調壓電路和矩陣式變頻電路是PWM 控制技術在這類電路中應用的代表。目前，其應用都還不多， 但矩陣式變頻電路因其容易實現(xiàn)集成化，可望有良好的發(fā)展前景。 PWM 控制技術在逆變電路中的應用最具代表性。可以說，正是由于PWM 控制技術在逆變電路中的廣泛而成功的應用，才奠定了 PWM 控制技術在電力電子技術中的突出地位。除功率很大的逆變裝置外，不用 PWM 控制的逆變電路已十分少見?？梢哉f PWM 控制技術正是賴于在逆變電路的應用才發(fā)展得比較成熟，才確定了它在電力電子技術中的重要地位。 PWM 控制技術用于整流電路即構成 PWM 整流電路。這種技術可以看成逆變電路中 PWM 控制技術向整流電路的延伸。 PWM 整流電路已經(jīng) 獲得了一些應用，并有良好的應用前景。 綜上所述，在電氣傳動中，廣泛地應用 PWM 控制技術， PWM 就是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制脈沖寬安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 4 度和脈沖列的周期以達到變壓變頻及控制和消除諧波的目的。隨著電氣傳動系統(tǒng)對其控制性能的要求不斷提高，人們對 PWM 控制技術進行了深入研究：從最初追求電壓波形正弦，到電流波形正弦，再到磁通正弦， PWM 控制技術得到了不斷的創(chuàng)新和完善。 電壓空間矢量脈寬調制 (SVPWM)技術發(fā)展概況 傳統(tǒng)的正弦脈寬調制 (SPWM)技術是從電源的角度出發(fā)的， 其著眼點是如何生成一個可以調頻調壓的三相對稱正弦波電源。常規(guī) SPWM 法已被廣泛地應用于逆變器中，然而常規(guī) SPWM 不能充分利用饋電給逆變器的直流電壓，逆變器最大相電壓基波幅值與逆變器直流電壓比值為 1/2，即逆變器輸出相電壓峰值最大為 Ud (Ud 為逆變器的直流電壓 )，直流利用率低。通過采用諧波失真的方法來增加三相 PWM 逆變器的輸出電壓，可以使 PWM 逆變器最大相電壓基波幅值增加約 15%，但該方法的效果并不理想，因此它的實際應用受到很大的限制。并且 SPWM 逆變器是基于調節(jié)脈沖寬度和間隔來實現(xiàn)接近于正弦波的輸 出電流，這種調節(jié)會產(chǎn)生某些高次諧波分量，引起電機發(fā)熱，轉矩脈動過大甚至會造起系統(tǒng)振蕩。一些學者在此基礎上提出了選擇諧波消除法和梯形脈寬調制法 (PWM)，但指定諧波消除法運算量大，且占用相當大的內存，實現(xiàn)起來比較困難； TPWM 逆變器輸出波形中諧波分量比 SPWM 逆變器還多，結果并不理想。而且，傳統(tǒng)的高頻三角波與調制波比較生成 PWM 波的方式適合模擬電路，不適應于現(xiàn)代化電力電子技術數(shù)字化的發(fā)展趨勢。因此，常規(guī) SPWM 法不能適應高性能全數(shù)字控制的交流伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 80 年代中期，德國學者 H. W. Van Der Broek 等在交流電機調速中提出了磁鏈軌跡控制的思想，在此基礎上進一步發(fā)展產(chǎn)生了電壓空間矢量脈寬調制(SpaceVector PulseWidth Modulation，簡寫為 SVPWM)的概念。 SVPWM，又稱磁鏈追蹤型 PWM 法，它是從電動機的角度出發(fā)，其著眼點是如何使電機獲得圓磁場。具體地說，它是以三相對稱正弦波電壓供電下三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為基準，由三相逆變器不同開關模式下所形成的實際磁鏈矢量來追蹤基準磁鏈圓，在追蹤的過程中，逆變器的開關模式作適當?shù)那袚Q，從而形成PWM 波。 采用 空間矢量 PWM(SVPWM)算法可使逆變器輸出線電壓幅值最大達到 Ud,比常規(guī) SPWM 法提高了約 %。并且，由于 SVPWM 有多種調制方式，所以 SVPWM 控制方式可以通過改變其調制方式來減少逆變器功率器件開關次數(shù)，從而降低功率器件的開關損耗，提高控制性能。在同樣的采樣頻率下，采用開關損耗模式 SVPWM 法的逆變器的功率器件開關次數(shù)比采用常規(guī) SVPWM法逆變器的功率器件開關次數(shù)減少了 1/3，大大降低了功率器件的開關損耗。SVPWM 實質是一種基于空間矢量在三相正弦波中注入了零序分量的調制波進行規(guī)則采樣的一種變 形 SPWM，是具有更低的開關損耗的 SPWM 改進型方安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 5 法，是一種優(yōu)化的 PWM 方法，能明顯減少逆變器輸出電流的諧波成分及電機的諧波損耗，降低電機的脈動轉矩，且 SVPWM 其物理概念清晰，控制算法簡單，數(shù)字化實現(xiàn)非常方便，故目前有替代傳統(tǒng) SPWM 法的趨勢。 而隨著智能型高速微控制芯片的發(fā)展、指令周期的縮短、計算功能的增強及存儲容量的增加，使得數(shù)字化 PWM 有了更廣闊的應用前景。因此，近些年來電壓矢量脈寬調制技術得到了快速地發(fā)展，在電氣傳動的許多方面得到了廣泛的應用。 有源電力濾波器的國內外研究現(xiàn)狀 早在 20 世 紀 70 年代初，日本學者赤木泰文〔 Akagi H〕就提出了有源電力濾波器的概念，當時由于電力電子器件制造水平的限制，這項技術沒有引起廣泛的關注。直到 80 年代，隨著大中功率全控型半導體器件的成熟，脈寬調制(PWM )控制技術的進步以及赤木泰文〔 Akagi H〕瞬時無功功率理論的提出，有源電力濾波器才得到迅速發(fā)展和完善。 作為改善供電質量的一項關鍵技術，有源電力濾波器在日本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家得到了高度的重視和日益廣泛的應用，目前世界上 APF 的主要生產(chǎn)廠家有日本三菱電機公司、美國西屋電氣公司和德國西門子公司 等。我國在有源電力濾波器方面的研究起步較晚， 1989 年才有這方面研究的文章出現(xiàn)，1993 年才見到試驗性的工業(yè)應用實驗。但近十幾年來，越來越多的研究單位對有源濾波技術開展了深入的理論研究和實驗，這些研究有的已達到或接近國際先進水平。當前研究工作的關鍵是加快有源電力濾波器在生產(chǎn)實際中的應用，提高實際應用水平。 課題研究的意義及主要工作