【正文】 ...................................................... 14 ....................................................... 14 ......................................................... 15 APF的補(bǔ)償電流控制方法 ................................................. 15 ....................................................... 15 ....................................................... 15 ......................................................... 15 ............................................... 16 （又稱積分復(fù)位控制） ....................................... 16 ................................................... 16 第四章 SVPWM控制算法 ..................................................... 17 參考電壓所在 扇區(qū)的確定 ................................................. 17 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 IV 相鄰兩個基本矢量作用時間的計(jì)算 ......................................... 19 SVPWM模式下，計(jì)算兩個基本矢量作用時間 .......................... 19 調(diào)制暫態(tài)的處理 ................................................... 21 矢量作用時間的切換點(diǎn)確定與 PWM脈沖的生成 ............................... 22 第五章 SVPWM控制算法仿真 ................................................. 26 5. 1 MATLAB動態(tài)仿真工具 SIMULINK簡介 ...................................... 26 SVPWM 的 SIMULINK 的實(shí)現(xiàn) ................................................ 27 仿真結(jié)果與分析 ........................................................ 31 ..................... 31 ........................................................... 32 ....................................................... 34 第六章 結(jié)論與展望 ...................................................... 36 結(jié)論 .................................................................. 36 展望 .................................................................. 36 致謝 ...................................................................... 37 參考文獻(xiàn) .................................................................. 38 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 第一章 緒論 脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)發(fā)展概況 脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 1964 年，德國的 A. schonung 等率先提出了脈寬調(diào)制變頻的思想，他們把 通訊系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于交流變頻。利用 軟件中的動態(tài)仿真工具 SIMULINK 對改進(jìn)之后的控制算法進(jìn)行了動態(tài)仿真，通過仿真分析驗(yàn)證了改進(jìn)后控制算法的正確性。因此 ,諧波抑制已成為當(dāng)今電能質(zhì)量領(lǐng)域中的重要研究課題之一。 本文首先對脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，在此基礎(chǔ)上分析了電 壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；接著對空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)((SVPWM )的基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析和推導(dǎo)， SVPWM 是基于磁鏈追蹤的思想，它以三相對稱正弦波電壓供電下三相對稱電動機(jī)定子理想磁鏈圓為基準(zhǔn)，由三相逆變器不同開關(guān)模式下所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼碜粉櫥鶞?zhǔn)磁鏈圓的，在追蹤的過程中，逆變器的開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成 PWM 波 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 I 摘要 隨著全控型快速半導(dǎo)體自開關(guān)器件和智能型高速微控制芯片的發(fā)展，數(shù)字化 PWM 成為 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的趨勢。然后詳細(xì)分析了電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的調(diào)制波。有源電力濾波器(Active Power Filter—— APF),具有無源濾波器所無法比擬的優(yōu)點(diǎn) ,是今后配電系統(tǒng)諧波抑制裝置的發(fā)展方向。在此基礎(chǔ)上，建立了 SVPWM 逆變器在有源電力濾波器中的仿真模型。用這種技術(shù)構(gòu)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(diào)速系統(tǒng)開辟了新的發(fā)展領(lǐng)域。 PWM 控制技術(shù)僅用一組就具有調(diào)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(diǎn)，所以無論對于交流調(diào)速還是不停電電源 UPS 等都極為難得，它有利于簡化結(jié)構(gòu)，改善性能和提高效率。為了改善輸出波形、減低諧波含量以及優(yōu)化某項(xiàng)性能指標(biāo)，人們又將 SPWM 技術(shù)進(jìn)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。由于微機(jī)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(yù)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(zhuǎn)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(jì)算出各開關(guān)的通斷時刻，達(dá)到完全消除預(yù)定諧波和控制基波幅值的目的。 三角載波調(diào)制法 ▽調(diào)制法 SVPWM 正弦調(diào)制波 梯形調(diào)制波 正弦矩形調(diào)制波 矩形調(diào)制波 跟蹤型 PWM 法 磁鏈追蹤型 PWM 法 預(yù)定相位法 相移 PWM 法 其他優(yōu)化調(diào)制波 諧波消除法 改進(jìn) SPWM 法 最優(yōu) PWM 法 正弦脈寬調(diào)制方法 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 預(yù)定相位法的共同特點(diǎn)是控制性能好，抗干擾性好，可以最優(yōu)化，但無法進(jìn)行瞬時值控制。它可以在不增加每臺變流器的開關(guān)頻率的條件下，提高整個系統(tǒng)的等效開關(guān)頻率。 PWM 控制技術(shù)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(yīng)用。 PWM 控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最具代表性。 PWM 控制技術(shù)用于整流電路即構(gòu)成 PWM 整流電路。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(shù)進(jìn)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(shù)得到了不斷的創(chuàng)新和完善。并且 SPWM 逆變器是基于調(diào)節(jié)脈沖寬度和間隔來實(shí)現(xiàn)接近于正弦波的輸 出電流，這種調(diào)節(jié)會產(chǎn)生某些高次諧波分量，引起電機(jī)發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動過大甚至?xí)炱鹣到y(tǒng)振蕩。 80 年代中期，德國學(xué)者 H. W. Van Der Broek 等在交流電機(jī)調(diào)速中提出了磁鏈軌跡控制的思想，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生了電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SpaceVector PulseWidth Modulation，簡寫為 SVPWM)的概念。并且，由于 SVPWM 有多種調(diào)制方式，所以 SVPWM 控制方式可以通過改變其調(diào)制方式來減少逆變器功率器件開關(guān)次數(shù)，從而降低功率器件的開關(guān)損耗，提高控制性能。因此，近些年來電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)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(yīng)用。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(yàn)性的工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。數(shù)字化 PWM 是 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主流方向。SVPWM 控制技術(shù)是一種優(yōu)化了的 PWM 控制技術(shù)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大量由電力電子開關(guān)構(gòu)成的、具有非線性挑特 性的用電設(shè)備使電網(wǎng)中的諧波污染狀況日益嚴(yán)重。與無源濾波器 ( PF)相比 ,電力有源濾波器能對變化的諧波進(jìn)行迅速的動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。 本文主要要完成以下幾項(xiàng)任務(wù)： 詳細(xì)分析空間電壓矢量脈寬調(diào)制 (SVPWM)技術(shù)的基本原理。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 第二章 空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的理論基礎(chǔ) 傳統(tǒng)的 SPWM 控制技術(shù)主要著眼于使逆變器輸出電壓盡量接近正弦波，對電流波形一般只能采取間接控制。磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加得到的，所以這種方法又叫做“電壓空間矢量調(diào)制”，即 SVPWM。電動機(jī)的三相定子繞組可以定義一個三相平面靜止坐標(biāo)系，如圖 。 三相逆變器的基本電壓矢量 圖 所示為三相電壓型逆變器結(jié)構(gòu)圖。三個橋臂只有“ 1”和“ 0”兩種狀態(tài)，因此開關(guān)函數(shù) SX(X=A, B, C)是一個二值變量，上橋臂器件導(dǎo)通時 SX=1，下橋臂器件導(dǎo)通時 SX=0 0 (SA, SB, SC)組合在一起，一共有 8 種基本工作狀態(tài) ，即： 100，110， 010， 011， 001， 101， 111， 000。 表 21 開關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應(yīng)關(guān)系 將表 21 中的八組相電壓值代入式 (22)，就可以求出這些相電壓的矢量和相位角，這八個矢量就稱為基本電壓矢量，可分別命名為 U0(000)， U1(001)， U2（ 010）， U3(011)， U4(100)， U5(101)， U6(110)， U7(111)，其中 U0， U7 稱為零矢量。 表 21 中的線電壓和相電壓值是在圖 所示的三相 ABC 平面坐標(biāo)系中。本章重點(diǎn)研究電壓空間矢量控制并將其與無差拍控制結(jié)合作為電流內(nèi)環(huán)的控制方法，以提高補(bǔ)償電流跟蹤控制的實(shí)時性。 根據(jù)基爾霍夫電壓定律得到有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型為： ????????????????????idieuidieuidieucccccccbcbbbcacaaaRdtLRdtLRdtL （ 31） 并且有： uUSXu ndcx ?? (32) 將式（ 32）代入式（ 31）可得： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 12 ???????????????????????euUidieuUidieuUididcccccbndccbcbandccacaSCRdtLSBRdtLSARdtL （ 33） 假設(shè)是三相對稱系統(tǒng)，則有： ????? ??? ??? 00e iii ee cccbca cba （ 34） 先把式 (33)中三個式子相加，再將式 (34 )代入整理后可得： U d SCSBSA 3u ???? （ 35） 將式（ 35）代入式（ 33）得： ??????????????????????????eUidieUidieUidicdcccccbdccbcbad