【正文】 Tcm1 、 Tcm2 、安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 Tcm3 的計(jì)算值再通過與載波進(jìn)行比較得來。 若 TTT Syx ?? ，則無需修正 ??????????TTTTTTTTs 2102211 （ 418） 矢量作用時(shí)間的切換點(diǎn)確定與 PWM 脈沖的生成 選擇具體的調(diào)制方案進(jìn)行矢量調(diào)制，在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)引起的開關(guān)損耗，因此不同開關(guān)狀態(tài)的順序必須遵守下述原則： 每次切換開關(guān)狀態(tài)時(shí)只切換一個(gè)功率開關(guān)器件，以滿足最小開關(guān)損耗。 令 Vref 與 V1 間的夾角為 ? ，則 根據(jù)正弦定理可得： ???? s in32s in)3s in(OCOBOA ??? (47) 即： ???? s in)3s in (32s in 2211VTVTVT re fs ??? （ 48） 因?yàn)?6 個(gè)基本空間電壓矢量幅值相等： uVV dc3221 ?? （ 49） 將式 (49)代入 式（ 48），得第 1 扇區(qū)各矢量的作用時(shí)間為： ?????????????s in3)3s in (321uTVTTVTdcsre fdcsre fu （ 410） 又知在 ?? 坐標(biāo)系中： ???????????sinc osVVVVrefref （ 411） 將式（ 411）代入式（ 410）中得： ??????????VuTTVVuTTdcsdcs???3)2123(321 （ 412） TTTT s 210 ??? （ 413） 同理可計(jì)算出 Vref 在其他扇區(qū)時(shí)所用基本矢量與零矢量的作用時(shí)間，其表達(dá)式為： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 21 ???????????????????????????????????????TTTTVVkkkkuTTTkksdcskk`1013)1(c o s3)1(s i n3c o s3s i n3?????? （ 414） 式中， Tk 和 Tk1? 分別為基本矢量 Vk 和 Vk1? 在一個(gè)開關(guān)周期的 作用時(shí)間。 表 41 N 值與扇區(qū)的對應(yīng)表 N 1 2 3 4 5 6 扇區(qū) Ⅱ Ⅵ Ⅰ Ⅳ Ⅲ Ⅴ 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 19 用上述方法判斷參考電壓矢量 Vref 所在的扇區(qū)極其簡單，只要在具體配 作用矢量時(shí)注意將計(jì)算出的 S 值與實(shí)際扇區(qū)號(hào) N 對應(yīng)即可。由于參考電壓矢量不停地旋轉(zhuǎn)，所以在進(jìn)行基本電壓矢量的合成前應(yīng)先判斷 Vref 所在的扇區(qū)。 圖 SVPWM 控制算法的框圖 參考電壓所在扇區(qū)的確定 為了消除相間影響，引入空間矢量，即靜止 ?? 坐標(biāo)。單周控制能在一個(gè)周期內(nèi)自動(dòng)消除 穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)誤差 ,前一周期的誤差不會(huì)帶到下一周期。近年來，這種設(shè)計(jì)方法受到了國內(nèi)外的廣泛重視，得到了很快的發(fā)展。 它的原理為：將補(bǔ)償電流參考值與逆變器實(shí)際電流輸出值之差輸入到具有滯環(huán)特性的比較器中，通過比較 器的輸出來控制開關(guān)動(dòng)作 ,使逆變器輸出值實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償參考值。該方法的突出優(yōu)點(diǎn)是對電網(wǎng)電壓畸變、頻率偏移及電網(wǎng)參數(shù)變化有較好的自適應(yīng)調(diào)整能力，但目 前其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度還較慢。最早是由日本學(xué)者 H具有串聯(lián) APF 和并聯(lián) APF 的優(yōu)點(diǎn) , 能解決電氣系統(tǒng)發(fā)生的電能質(zhì)量問題 , 又稱為萬能 APF 或統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。并聯(lián)型 APF 可產(chǎn)生與負(fù)荷電流大小相等、方向相反的諧波電流 , 從而將電源側(cè)電流補(bǔ)償為正弦基波電流。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(shí)性。 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(gè)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。 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。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。 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 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。數(shù)字化 PWM 是 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主流方向。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(dòng)的許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。 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。隨著電氣傳動(dòng)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。 PWM 控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最具代表性。它可以在不增加每臺(tái)變流器的開關(guān)頻率的條件下，提高整個(gè)系統(tǒng)的等效開關(guān)頻率。由于微機(jī)系統(tǒng)體積的縮小，性能價(jià)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(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，保證四分之一波形的對稱，根據(jù)輸出波形的傅立葉級(jí)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(shí)刻，達(dá)到完全消除預(yù)定諧波和控制基波幅值的目的。 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。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。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。 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(dòng)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 。利用 軟件中的動(dòng)態(tài)仿真工具 SIMULINK 對改進(jìn)之后的控制算法進(jìn)行了動(dòng)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。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 預(yù)定相位法：它的主要特點(diǎn)是離線計(jì)算出各開關(guān)點(diǎn)的時(shí)刻和開關(guān)器件的通斷次序，存于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，依靠數(shù)字電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)要求的波形。它將若干個(gè)逆變橋在輸出端用變壓器藕合在一起，依靠調(diào)節(jié)橋與 橋之間的相移角可以控制輸出電壓。目前，其應(yīng)用都還不多， 但矩陣式變頻電路因其容易實(shí)現(xiàn)集成化，可望有良好的發(fā)展前景。 綜上所述，在電氣傳動(dòng)中，廣泛地應(yīng)用 PWM 控制技術(shù)， PWM 就是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)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(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻及控制和消除諧波的目的。因此，常規(guī) SPWM 法不能適應(yīng)高性能全數(shù)字控制的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 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(jì)算功能的增強(qiáng)及存儲(chǔ)容量的增加，使得數(shù)字化 PWM 有了更廣闊的應(yīng)用前景。 課題研究的意義及主要工作 隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，指令周期的縮短，計(jì)算功能的增強(qiáng)，存儲(chǔ)容量的增加，數(shù)字化 PWM 將有更廣闊的前景。正是由于 SVPWM 控制的這些優(yōu)點(diǎn)，使得本課題的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。利用SimPower 工具箱對有源電力濾波器裝置進(jìn)行了建模和仿真，能夠?qū)⒂性措娏V波器的工作過程及有關(guān)波形準(zhǔn)確直觀地顯示出來，驗(yàn)證了理論分析的正確性。這就是“磁鏈跟蹤控制”的基本思想。 假設(shè) U? 為相電壓有效值， f 為電源頻率，則有： ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???????????????322c o s2322c o s22c o s2????????tfUtUtfUtUtfUtUAAA （ 21） f?2uA0uB0uC0)(tUABC安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 假設(shè)單位方向矢量 ??32j?，則電壓空間矢量相加的合成空間矢量 ??tU 就可以表示為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? eUtUUtUU ftjCBA ???? 22 2t32t ??????? （ 22） 可見 ??tU 是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值；當(dāng)頻率不變時(shí)，以電源角頻率 f2??? 為電氣角速度做恒速同步旋轉(zhuǎn)，哪一相電壓為最大值時(shí)，合成電壓矢量就落在該相的軸線上。式 (23)和 (24)的對應(yīng)關(guān)系可用表 21來表示。電流內(nèi)環(huán)通常采用滯環(huán)控制、三角波比較控制以及電壓空間矢量控制等方法。由于與系統(tǒng)并聯(lián) , 可等效為一受控電流源。 圖 串聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu)圖 （ 3）串 — 并聯(lián) APF 圖 為串 并聯(lián)型 APF 基本結(jié)構(gòu)。 基于瞬時(shí)無功功率理 論的瞬時(shí)空間矢量法是目前三相電力有源濾波器中應(yīng)用最廣的一種指令電流運(yùn)算方法。 該方法基于自適應(yīng)濾波中的自適應(yīng)干擾抵消原理，從負(fù)載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補(bǔ)償電流指令值。其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，開關(guān)頻率固定 ,實(shí)現(xiàn)簡單，缺點(diǎn)是輸出波形中含有與三角載波相同頻率的高頻畸變分量，開關(guān)損耗較大 ,在大功率應(yīng)用中受到限制。它具有一些優(yōu)良特性，尤其是對加給系統(tǒng)的攝動(dòng)和干擾有良好的自適應(yīng)性。其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期內(nèi)強(qiáng)迫開關(guān)變量平均值與控制參考量相等或成比例。 SVPWM 控制的具體算法如圖 所示，它包括參考電壓所在扇區(qū)的確定、相鄰兩個(gè)基本矢量作用時(shí)間的計(jì)算、矢量作用時(shí)間的切換點(diǎn)確定以及與載波比較生成 PWM 脈沖。參考電壓矢量是由所在扇區(qū)兩邊的基本電壓矢量和零矢量合成的。 N值與扇區(qū)對應(yīng)關(guān)系如表 41。 如圖 中， Vref 在 I 扇區(qū)，將第一扇區(qū)單獨(dú)畫出如下圖： 圖 參考電壓的合成與分解 則 Vref 可以表示為： VTTVTTV ssre f 2211 ?? （ 45） TTTT s 021 ??? （ 46） 式中， Ts 為 PWM 開關(guān)周期， T1 和 T2 分別為 V1 和 V2 在一個(gè) PWM 開關(guān)周???TTs1TTs2V1V2? ?1001V? ?1102VVrefo安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 20 期的作用時(shí)間， T0 為零矢量的作用時(shí)間。 如果 Tx 十 Ty Ts ，以第一扇區(qū)為例，有如下比例關(guān)系： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 TTTT 2,21,1?