【正文】 具有工作頻率高、自我保護(hù)能力強(qiáng)、控制較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在逆變器采用的 功率器件主要是 IGBT。為了使直流電逆變成為三相可調(diào)交流電，需對(duì)晶閘管的開(kāi)關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，在逆變器運(yùn)行時(shí)，每個(gè)工作狀態(tài)下都有 3 只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中每個(gè)橋臂上都只有一只晶閘管導(dǎo)通，形成三相負(fù)載同時(shí)通電，這樣就可把直流電逆變成為三相可控交流電。MOSFET 驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。 由 于 正弦PWM（SPWM）和電壓空間矢量（SVPWM）是應(yīng)用最多的兩種逆變器控制技術(shù)。 圖 的 生 成 方 法三相橋式逆變器的主電路如圖 所示。和 240176。SPWM 性能如下：1）直流電壓利用率只有 %2）其輸出電壓諧波主要是頻率為開(kāi)關(guān)頻率及開(kāi)關(guān)頻率倍數(shù)的諧波，而 THD 指標(biāo)隨開(kāi)關(guān)頻率的提高而降低，而同一開(kāi)關(guān)頻率下，THD 的變化趨勢(shì)是隨輸出頻率的提高而增大3）采用注入三次諧波可以提高直流電壓利用率，最大可以達(dá)到 115% 空間電壓矢量 SVPWM電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是從交流電機(jī)的角度出發(fā)，以控制交流電機(jī)磁鏈空間矢量軌跡逼近圓形為調(diào)制目的，以求減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、改善電機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能。0s? 當(dāng)交流電機(jī)由對(duì)稱正弦電壓供電時(shí)，電壓空間矢量 沿著一個(gè)半徑為 的圓形軌SULU跡勻速運(yùn)行，其運(yùn)動(dòng)速率等于 。逆變器 8 種開(kāi)關(guān)組合模式所對(duì)應(yīng)的三相輸出相電壓瞬時(shí)值（相對(duì)于三相對(duì)稱星接負(fù)載的中點(diǎn) N）和電壓空間矢量分別如式（ ）和表 所示。圖 電機(jī)的正六邊形磁鏈軌跡 電壓空間矢量的合成方法逆變器的 8 個(gè)輸出電壓空間矢量如圖 所示，下面以輸出電壓矢量處于第一扇區(qū)為例進(jìn)行討論，將圖 中的第一扇區(qū)重新繪制在圖 中，該扇區(qū)邊界方向上的兩個(gè)矢量分別為 和 。（2）為了產(chǎn)生表 所要求的矢量組合，可按圖 所示控制逆變器的 3 個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)（僅以 在第 1 扇區(qū)為例，其他扇區(qū)的詳細(xì)情況可依理畫(huà)出） ，其中 ， ，x 1t2是按式（）求出的零矢量及兩個(gè)非零矢量 和 的作用時(shí)間0t 1U2圖 SVPWM 輸出電壓矢量的切換（3）在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，各相橋臂的狀態(tài)都會(huì)發(fā)生.（ 4） 除 了 占 空 比 是 O％ 或 100％ 的 情 況 ， 每 個(gè) PWM 周 期 所 有 開(kāi) 關(guān) 管 均 開(kāi) 關(guān) 兩 次（ 5） 每 一 個(gè) 扇 區(qū) 有 固 定 的 開(kāi) 關(guān) 順 序 ； （ 6） 七 段 中 作 用 矢 量 的 切 換 只 改 變 一 個(gè) 開(kāi) 關(guān) 管 的 狀 態(tài)七 段 式 的 開(kāi) 關(guān) 模 式 開(kāi) 關(guān) 次 數(shù) 較 多 ， 但 得 到 的 輸 入 電 流 的 諧 波 含 量 最 少 ， 是 一 種 最 優(yōu) 的 開(kāi) 關(guān) 模 式第 4 章 逆變器控制仿真MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó) mathworks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。新版本的 MATLAB 對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等） ，MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。另外，MATLAB 網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許在 Web 應(yīng)用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序。其符圖 電壓測(cè)量符號(hào)（4）Universal Bridge：通用橋式電路，其作用是在仿真中可以直接用作逆變器或整流器，其圖標(biāo)和參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如““所示（a）（b）圖 通用橋式電路符號(hào)及參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 參數(shù)設(shè)置如下所述。 5）Ron：器件內(nèi)阻 6）Forward voltages【Device Vf，Diode Vfd】：器件導(dǎo)通壓降 7） 【Tf（s） Tt(s)】：器件關(guān)斷的時(shí)間 8）Measurements：是否進(jìn)行電氣測(cè)量(5) ThreePhaseVI Measurement；三相的 V I 測(cè)量，這是測(cè)量三相交流電的相電壓與相電流其圖標(biāo)與參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖 （a）和（b）所示。設(shè)定“采樣時(shí)間”參數(shù)為宜個(gè)比 0 大的值。當(dāng)選擇“bar（relative to specified base） ”選項(xiàng)時(shí)，將使 FFT 分析結(jié)果被顯示為相對(duì)于某特定的基準(zhǔn)頻率的條線圖；該選項(xiàng)中的特定基準(zhǔn)頻率，是由“基準(zhǔn)值（Base value） ”參數(shù)選項(xiàng)來(lái)決定的。因?yàn)?DiscretePWM Generator 的三角載波幅值為 1Frequency of output volatage：調(diào)制波基波頻率Phase of output voltage：調(diào)制波基波相位，單位為度（9）Discrete SV PWMGenerator：離散希沃特的 PWM 發(fā)生器，在仿真中的作用是產(chǎn)生 SVPWM 方式的控制脈沖觸發(fā)通用橋式的門極，其圖標(biāo)集參數(shù)設(shè)置對(duì)話框圖 （a）、（b）所示。（a）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流（b） 圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流打開(kāi) powergui 中的 FFT 分析欄，對(duì)波形進(jìn)行 FFT 分析，分析其諧波含量，F(xiàn)FT 分析結(jié)果如圖 所示。圖 逆變器 m=1 時(shí)的諧波分析圖從仿真波形圖和諧波分析圖中可以看出，當(dāng)調(diào)制深度 m=1 時(shí)，輸出線電壓的幅值為530V，即直流電壓，說(shuō)明直流電壓利用率達(dá)到了 100%，諧波分布主要在開(kāi)關(guān)頻率的倍數(shù)處，其中開(kāi)關(guān)頻率處含量較大。 比較圖 和圖 不難看出：SVPWM 較 SPWM 的直流電壓利用率高，THD 較小，低次諧波較少。 電壓空間矢量 SVPWMSVPWM 控制信號(hào)由 “Discrete SV PWM Generator“模塊生產(chǎn)。分別輸入電壓空間矢量的 軸分量或其幅值、角度。or DC） ”選項(xiàng)時(shí)，將使 FFT 分析結(jié)果，被顯示為相對(duì)于基波頻率量或者直流量而言的脈沖序列。Structure（結(jié)構(gòu)）：列出呈現(xiàn)在工作空間的時(shí)間結(jié)構(gòu)變量（是由示波器模塊設(shè)定置）Input（輸入）：選擇“Structure”參數(shù)選項(xiàng)中被選為時(shí)間結(jié)構(gòu)變量，作為輸入信號(hào)。（a）（b）圖 三相 RLC 串聯(lián)負(fù)載符號(hào)及參數(shù)對(duì)話框參數(shù)設(shè)置如下所述。分別代表一個(gè)橋臂、兩個(gè)橋臂、三個(gè)橋臂，各自包含 2 個(gè)開(kāi)關(guān)器件、4 個(gè)開(kāi)關(guān)器件、6 個(gè)開(kāi)關(guān)器件。工具箱是 MATLAB 函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。另外新版本的 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會(huì)大大減少。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M 文件）后再一起運(yùn)行。 它 將 數(shù) 值 分 析 、 矩 陣 計(jì) 算 、 科 學(xué) 數(shù) 據(jù) 可 視 化 以 及 非 線 性動(dòng) 態(tài) 系 統(tǒng) 的 建 模 和 仿 真 等 諸 多 強(qiáng) 大 功 能 集 成 在 一 個(gè) 易 于 使 用 的 視 窗 環(huán) 境 中 ， 為 科 學(xué) 研究 、 工 程 設(shè) 計(jì) 以 及 必 須 進(jìn) 行 有 效 數(shù) 值 計(jì) 算 的 眾 多 科 學(xué) 領(lǐng) 域 提 供 了 一 種 全 面 的 解 決 方 案 ，并 在 很 大 程 度 上 擺 脫 了 傳 統(tǒng) 非 交 互 式 程 序 設(shè) 計(jì) 語(yǔ) 言 （ 如 C、 Fortran） 的 編 輯 模 式 ，代 表 了 當(dāng) 今 國(guó) 際 科 學(xué) 計(jì) 算 軟 件 的 先 進(jìn) 水 平 。?圖 空間電壓矢量的分解與合成將 在 和 兩個(gè)方向上進(jìn)行矢量分解，就可以得到 的兩個(gè)分矢量，分別標(biāo)注xU12 xU為 和 通過(guò)簡(jiǎn)單的推導(dǎo)可得1xU2 ????????sin32)6co(1XXU（）如果調(diào)制深度 M 定義為 2/dXU?（）那么式（）又可以寫(xiě)為 ????????sin32)6co(1MUdX（）前面已經(jīng)講到， 實(shí)際上就是逆變器 6 個(gè)非零矢量的幅值，也就是 和 的幅d32 1U2值，因此式（）又可以寫(xiě)成 ????????sin)6co(21MUdX（）將 按照式（）的計(jì)算結(jié)果分為 ， ， 共三部分，即t?1t20t ??????????210221sin)6co(ttMUtttX??（）如果 作用的時(shí)間 本身很小，那么在該時(shí)間段內(nèi)， 總的作用效果就可以用xUt xU和 和零矢量 分時(shí)作用效果之和來(lái)近似等效，即有120 02121( tUttUtXX ??????（）可見(jiàn)，通過(guò)控制逆變器輸出矢量 和 以及零矢量作用時(shí)間之比例，就可以在一個(gè)12相對(duì)較小的時(shí)間間隔內(nèi)，近似等效和成所需要的輸出矢量 。61~U dU32其余的兩個(gè)矢量 和 的幅值都為 0，稱為零電壓矢量空間，簡(jiǎn)稱為零矢量。定子磁鏈空間矢量 的運(yùn)動(dòng)方向始1?s?終與定子電壓空間矢量 的方向相同。 SVPWM 的基本原理SVPWM 的基本原理可以從交流電機(jī)電壓空間矢量、磁鏈空間矢量以及電流空間矢量的概念出發(fā)進(jìn)行推導(dǎo)和分析。圖 中線電壓 UV 即 U 相與 V 相之間的線電壓的波形。為此三相 SPWM最基本的設(shè)計(jì)原則之一就是，用于產(chǎn)生三相 SPWM 脈沖的三個(gè)正弦調(diào)制信號(hào)，即圖 中的 U 相調(diào)制波、V 相調(diào)制波、W 相調(diào)制波。（ 1） SPWM法 ： SPWM(Sinusoidal PWM)法 是 一 種 比 較 成 熟 的 ,目 前 使 用 較 廣 泛 的PWM法 .前 面 提 到 的 采 樣 控 制 理 論 中 的 一 個(gè) 重 要 結(jié) 論 :沖 量 相 等 而 形 狀 不 同 的 窄 脈 沖 加在 具 有 慣 性 的 環(huán) 節(jié) 上 時(shí) ,其 效 果 基 本 相 同 .SPWM法 就 是 以 該 結(jié) 論 為 理 論 基 礎(chǔ) ,用 脈 沖 寬度 按 正 弦 規(guī) 律 變 化 而 和 正 弦 波 等 效 的 PWM波 形 即 SPWM波 形 控 制 逆 變 電 路 中 開(kāi) 關(guān) 器 件 的通 斷 ,使 其 輸 出 的 脈 沖 電 壓 的 面 積 與 所 希 望 輸 出 的 正 弦 波 在 相 應(yīng) 區(qū) 間 內(nèi) 的 面 積 相 等 ,通 過(guò) 改 變 調(diào) 制 波 的 頻 率 和 幅 值 則 可 調(diào) 節(jié) 逆 變 電 路 輸 出 電 壓 的 頻 率 和 幅 值 .該 方 法 的 實(shí)現(xiàn) 有 以 下 幾 種 方 案 . 1） 等 面 積 法 ： 該 方 案 實(shí) 際 上 就 是 SPWM法 原 理 的 直 接 闡 釋 ,用 同 樣 數(shù) 量 的 等 幅 而不 等 寬 的 矩 形 脈 沖 序 列 代 替 正 弦 波 ,然 后 計(jì) 算 各 脈 沖 的 寬 度 和 間 隔 ,并 把 這 些 數(shù) 據(jù) 存于 微 機(jī) 中 ,通 過(guò) 查 表 的 方 式 生 成 PWM信 號(hào) 控 制 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,以 達(dá) 到 預(yù) 期 的 目 的 .由于 此 方 法 是 以 SPWM控 制 的 基 本 原 理 為 出 發(fā) 點(diǎn) ,可 以 準(zhǔn) 確 地 計(jì) 算 出 各 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 時(shí)刻 ,其 所 得 的 的 波 形 很 接 近 正 弦 波 ,但 其 存 在 計(jì) 算 繁 瑣 ,數(shù) 據(jù) 占 用 內(nèi) 存 大 ,不 能 實(shí) 時(shí) 控制 的 缺 點(diǎn) . 2） 硬 件 調(diào) 制 法 ： 硬 件 調(diào) 制 法 是 為 解 決 等 面 積 法 計(jì) 算 繁 瑣 的 缺 點(diǎn) 而 提 出 的 ,其 原理 就 是 把 所 希 望 的 波 形 作 為 調(diào) 制 信 號(hào) ,把 接 受 調(diào) 制 的 信 號(hào) 作 為 載 波 ,通 過(guò) 對(duì) 載 波 的 調(diào)制 得 到 所 期 望 的 PWM波 形 .通 常 采 用 等 腰 三 角 波 作 為 載 波 ,當(dāng) 調(diào) 制 信 號(hào) 波 為 正 弦 波 時(shí) ,所 得 到 的 就 是 SPWM波 形 .其 實(shí) 現(xiàn) 方 法 簡(jiǎn) 單 ,可 以 用 模 擬 電 路 構(gòu) 成 三 角 波 載 波 和 正 弦 調(diào) 制波 發(fā) 生 電 路 ,用 比 較 器 來(lái) 確 定 它 們 的 交 點(diǎn) ,在 交 點(diǎn) 時(shí) 刻 對(duì) 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 通 斷 進(jìn) 行 控 制 ,就可 以 生 成 SPWM波 .但 是 ,這 種 模 擬 電 路 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ,難 以 實(shí) 現(xiàn) 精 確 的 控 制 . 3） 軟 件 生 成 法 ： 由 于 微 機(jī) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 使 得 用 軟 件 生 成 SPWM波 形 變 得 比 較 容 易 ,因 此 ,軟 件 生 成 法 也 就 應(yīng) 運(yùn) 而 生 .軟 件 生 成 法 其 實(shí) 就 是 用 軟 件 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 調(diào) 制 的 方 法 ,其 有兩 種 基 本 算 法 ,即 自 然 采 樣 法 和 規(guī) 則 采 樣 法 . 4） 自 然 采 樣 法 ： 以 正 弦 波 為 調(diào) 制 波 ,