【正文】 量調(diào)制，在實際系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少開關(guān)狀態(tài)變化時引起的開關(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)時只切換一個功率開關(guān)器件，以滿足最小開關(guān)損耗。0令 與 間的夾角為 ，則根據(jù)正弦定理可得：Vref1?19 / 42 (47)???sin32i)3sin(OCBOA??即： （48）??sin)3sin(2i 21VTVTrefs ??因為 6 個基本空間電壓矢量幅值相等： （49）uVdc21?將式(49)代入式（48） ，得第 1 扇區(qū)各矢量的作用時間為： （410 ）????????sin3)i(2uTVdcrefdcsref又知在 坐標系中：?? （411）????????sinoVreff將式（411 ）代入式（410）中得： （412）??????uTdcss???3)21(21 （413）s210同理可計算出 在其他扇區(qū)時所用基本矢量與零矢量的作用時間，其表達式Vref為： （414）?????? ??????????????????TVkkuksdcsk`101 3)1(cos3)(in3????式中， 和 分別為基本矢量 和 在一個開關(guān)周期的作用時間。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 18 / 42用上述方法判斷參考電壓矢量 所在的扇區(qū)極其簡單，只要在具體配Vref作用矢量時注意將計算出的 S 值與實際扇區(qū)號 N 對應(yīng)即可。由于參考電壓矢量不停地旋轉(zhuǎn)，所以在進行基本電壓矢量的合成前應(yīng)先判斷 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。單周控制能在一個周期內(nèi)自動消除穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)誤差,前一周期的誤差不會帶到下一周期。近年來，這種設(shè)計方法受到15 / 42了國內(nèi)外的廣泛重視，得到了很快的發(fā)展。 滯環(huán)比較控制它的原理為：將補償電流參考值與逆變器實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)動作,使逆變器輸出值實時跟蹤補償參考值。該方法的突出優(yōu)點是對電網(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，但目前其動態(tài)響應(yīng)速度還較慢。最早是由日本學者 H具有串聯(lián) APF 和并聯(lián) APF 的優(yōu)點, 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)電流補償為正弦基波電流。本章重點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，以提高補償電流跟蹤控制的實時性。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任務(wù)：詳細分析空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)的基本原理。5 / 42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，在電氣傳動的許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。 80 年代中期，德國學者 H. W. Van Der Broek 等在交流電機調(diào)速中提出了磁鏈軌跡控制的思想，在此基礎(chǔ)上進一步發(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。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(yù)定法，其中較有優(yōu)勢的是以下幾種：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 SPWM 法最優(yōu) PWM 法正弦脈寬調(diào)制方法圖 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)值方法離線計算出各開關(guān)的通斷時刻，達到完全消除預(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，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 )的基本原理進行了詳細的分析和推導，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定子理想磁鏈圓為基準，由三相逆變器不同開關(guān)模式下所形成的實際磁鏈矢量來追蹤基準磁鏈圓的，在追蹤的過程中，逆變器的開關(guān)模式作適當?shù)那袚Q，從而形成 PWM 波。利用 軟件中的動態(tài)仿真工具 SIMULINK 對改進之后的控制算法進行了動態(tài)仿真，通過仿真分析驗證了改進后控制算法的正確性。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(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：它的主要特點是離線計算出各開關(guān)點的時刻和開關(guān)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。它將若干個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，在電氣傳動中，廣泛地應(yīng)用 PWM 控制技術(shù)， PWM 就是利用半導體開關(guān)器件的導通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制脈沖寬3 / 42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。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(yīng)用前景。 課題研究的意義及主要工作隨著微機技術(shù)的發(fā)展，指令周期的縮短，計算功能的增強，存儲容量的增加，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，使得本課題的研究具有現(xiàn)實意義。利用SimPower 工具箱對有源電力濾波器裝置進行了建模和仿真，能夠?qū)⒂性措娏V波器的工作過程及有關(guān)波形準確直觀地顯示出來，驗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) 為?相電壓有效值，f 為電源頻率，則有： （21）???????????32cos2??tfUttftA7 / 42假設(shè)單位方向矢量 ，則電壓空間矢量相加的合成空間矢量 就??32j? ??tU可以表示為： （22）??????eUtUt ftjCBA ???22tt ?????可見 是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值；當頻率不變??tU時，以電源角頻率 為電氣角速度做恒速同步旋轉(zhuǎn)，哪一相電壓為最大f2???值時，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 21Ud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)。 瞬時空間矢量法基于瞬時無功功率理論的瞬時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算方法。 自適應(yīng)檢測法該方法基于自適應(yīng)濾波中的自適應(yīng)干擾抵消原理，從負載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補償電流指令值。其優(yōu)點是動態(tài)響應(yīng)好，開關(guān)頻率固定,實現(xiàn)簡單，缺點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，在每個周期內(nèi)強迫開關(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、相鄰兩個基本矢量作用時間的計算、矢量作用時間的切換點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， 在 I 扇區(qū)，將第一扇區(qū)單獨畫出如下圖：Vref ???Ts1s2V??01??10refo圖 參考電壓的合成與分解則 可以表示為：Vref （45）VTssref 21?? （46）Ts02式中， 為 PWM 開關(guān)周期， 和 分別為 和 在一個 PWM 開關(guān)周s 121V2期的作用時間， 為零矢量的作用時間。如果 十 ，以第一扇區(qū)為例，有如下比例關(guān)系：Txys (416)T2,1,?則可求得：21 / 42 （417） ??????Tss21,21,然后可由此作為相鄰兩電壓空間矢量和零矢量的持續(xù)時間。但一切皆是自動進行無需人為干涉，只需做好 的賦值工作即可。它將數(shù)值分析、矩陣計算、圖形處理和仿真等諸多強大功能集成在一個極易使用的交互式環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的總多科學提供了一種高效率的編程工具，集科學計算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于一體。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進程的。實現(xiàn) SVPWM 算法的各個子系統(tǒng)框圖如下所示： 要實現(xiàn) SVPWM 控制算法，首先要將三相 ABC 平面坐標系中的相電壓 、 、 轉(zhuǎn)換到 平面坐標系中 、 。28 / 42圖 計算 、Txy 5 , 、 、 經(jīng)過簡單的算術(shù)運算可將得到 、 、 ，在Txys TabcSimulink 中實現(xiàn)該算法的仿真圖如圖 所示。30 / 42圖 SVPWM 波的整個仿真框圖 仿真結(jié)果與分析 在前一節(jié)中，詳細列出了實現(xiàn) SVPWM 控制算法的各個子系統(tǒng)仿真框圖及實時產(chǎn)生 SVPWM 波的整個仿真框圖。 圖 有源電力濾波器仿真模型 仿真結(jié)果選定的仿真環(huán)境如下：（1）電源：三相電源有效值為 380V，頻率為 50Hz；（2）非線性負載：三相可控整流橋，直流側(cè)選擇的 RLC 負載，額定電壓為 380V，額定頻率為 50Hz；（3）有源電力濾波器主電路 RLC BRANCH 中 R 為 ，L 為 5MH，濾波器直流側(cè)的電源電壓是 1200V。本文所設(shè)計的有源電力濾波器可以有效抑制電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波,具有較好的補償特性,在一些諧波成分復雜、多變的場合更具有優(yōu)勢。 展望本文雖然涉及到 SVPWM 技術(shù)和有源濾波器的理論原理，但研究還不是很深層次，由于時間有限仿真的結(jié)果也不是很完美希望以后能花更多的時間、精力投入到仿真中，爭取把仿真部分做得更好，為理論研究提供更多、更寶貴的實驗結(jié)果。37 / 42參考文獻[1] 王兆安，楊君，[M].北京:機械工業(yè)出版，1998. 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