【文章內容簡介】 形的旋轉磁場，所以又叫做磁鏈跟蹤技術?！白冾l器SVPWM控制方法現(xiàn)已趨向成熟，被廣泛應用于控制器中，電動汽車，異步電機等的控制器，都有它的身影[9]”。本系統(tǒng)中，該算法處于核心控制地位，主要控制電路設計也是SVPWM。變頻器SVPWM控制算法在近年來已經成熟被應用，它的最重要的部分在于逆變電路，這是它發(fā)揮作用的實際應用處，對三相進行逆變要使用六個功率開關元件。通過對其原理分析以及一系列的算法處理，便能得出其合成矢量，以及如何正確選擇零矢量，不同的開關模式會產生特定的脈寬調制波形，利用這些個開關器件，能夠讓輸出電流的波形最大程度接近正弦函數(shù)的波形，我們通常使用對其芯片進行編程的方法，來使其產生PWM波形。SVPWM技術與SPWM相比較，具有下面幾個優(yōu)點：繞組電流波形的諧波成分特別小，可減少配電系統(tǒng)本身或聯(lián)接在該系統(tǒng)上的設備故障；使電機運行在一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)?！岸疫@個控制策略也產生電機空間上逼近圓形旋轉的磁場使得母線側的直流電壓利用率提高15%，本章下面幾節(jié)對其原理進行詳細分析[10]”。 變頻器SVPWM的基本原理變頻器SVPWM的理論基礎就是平均值相等，在一個開關周期內使用基本電壓矢量對時間進行積分，在空間上進行矢量的合成，使平均值與給定的電壓矢量相等，這就是其控制思想?！捌浠緦崿F(xiàn)方法就是先判斷參考矢量在哪一個區(qū)間，然后把這個扇區(qū)內相鄰的電壓矢量和零矢量進行矢量合成[11]”。在一個區(qū)間內，通過控制管子的通斷來把相鄰的電壓矢量分多次施加，使得產生的波形對稱。我們控制每個電壓矢量的作用時間。最后優(yōu)化開關作用順序，把一個扇區(qū)分成個小區(qū)間，將形成邊形，合成的電壓空間矢量所產生的逼近圓形的旋轉磁場，這些不同的開關狀態(tài)通過變頻器的控制單元產生。最終所產生的近似圓形磁通，便是本控制系統(tǒng)所要控制的目的。假設在直流母線側電壓為，三相相電壓在逆變器上出為、它們各自加在空間上相差為的坐標上面，這個時候我們可以定義方向始終在各相軸上的、相位相隔的、幅值隨著t按正弦波形變化的三個電壓空間矢量，它們分別為。現(xiàn)在我們假設為相電壓的有效值，是電源的頻率，那么就有以下關系： ()上表達式中，若，那么： ()由此可知空間矢量它是可以旋轉的，它的最大值為相電壓峰值的倍，它是以角頻率按逆時針方向勻速旋轉的電壓空間矢量，“其在三相坐標軸 上的投影為三相對稱的正弦量[12”。因為逆變器的三相橋臂上一共有個開關管，為了方便研究，我們定義其開關函數(shù)如下： ()其中(Sa、Sb、Sc)的所有組合有八種，兩個零矢量U0(000)、U7(111)六個非零矢量Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)。下面列出一種情況進行分析：SX(x=a,b,c)=(100) ()對（）求解可得：UaN=2Ud/UbN=Ud/UcN=Ud/3。同理可得其他空間電壓矢量，各種情況的空間矢量如下表所示：零矢量幅值為0，位于圓心，非零矢量的值的大小一樣，都為2Udc/3，每兩個矢量之間差π/3，任意電壓矢量都是由相鄰兩個非零矢量根據平行四邊形法則進行合成的： ()進一步等效為： ()表21 所有開關情況與相/線電壓之間的關系SaSbSc矢量符號線電壓相電壓UabUbcUcaUaNUbNUcN000U0000000100U4Udc00110U6UdcUdc0010U20UdcUdc011U30UdcUdc001U100Udc101U5Udc0Udc111U7000000在式（）中Uref為期望的電壓矢量值，T是采樣周期，Tx、Ty、T0這三者是指在一個采樣周期內，非零電壓矢量Ux、Uy和零電壓矢量U0作用的總的時間；零矢量有兩個U0和U7。因為三相正弦波電壓在電壓空間矢量中合成的是一個等效的旋轉電壓，它以電源角頻率為速度進行逆時針旋轉，所走過的軌跡是一個圓。那么如果要合成三相正弦電壓，可以按照上面的電壓空間矢量圖形，以U4為起始位置，每次都加上一個小的增量，這個增量可由零矢量和非零矢量來合成，其增量安排應該以減小開關損耗為基礎，最終可以得到一個電壓矢量圓形軌跡，“達到我們預期的變頻器SVPWM電壓空間向量脈寬調制的目的[13]”。 變頻器SVPWM法則推導給定的三相電壓的電壓矢量在空間中以一定的速度進行旋轉，它的角速度是，周期，我們假設載波頻率為，那么頻率比就是，這時我們可以把電壓旋轉平面分成R份，這樣便能求出電壓向量角度的增值，其表達式如下： ()我們現(xiàn)在假設Uref在1區(qū)，就可以用兩個非零矢量和兩個零矢量（UUU0、U7）來進行合成： () 空間矢量在1區(qū)的合成在靜止坐標系中，分為α軸和β軸，設Uref與U4之間的夾角為θ，根據三角函數(shù)關系可知： ()我們使U4和U6作用一樣長的時間，就有|U4|=|U6|=2Udc/3，就可以得到每個非零矢量的作用時間長度，其計算公式如下： ()上式中，稱為調制比，調制比是調制波基波的峰值與載波基波峰值之比。非零向量的分配時間出來了，那么零向量作用的時間長度也就出來了：T7=T0=(TST4T6)/2 ()或者T7=(TST4T6) ()根據以上式子，我們可以得出合成Uref的每個矢量作用時間。第一步工作已經完成，下面的主要任務就是來確定怎樣產生脈寬調制波形。在SVPWM調制方案里，我們可以盡量讓開關在切換的時候能夠少變化幾個，這樣是為了降低損耗。而對于這個要求就可以靈活插入零矢量，并且是插在頭尾和中間。讓各矢量構成空間矢量序列，排列方式比較多，以下進行介紹。7段式SVPWM為了就減少開關的通斷損耗，我們可以把基本矢量的作用順序進行調整。當每次把基本矢量加上時，盡量只變化一個開關管子。0矢量的選定也也要具有靈活性，一般來說，施加在一個區(qū)的開始，中間和末尾，這樣便能產生對稱PWM波。通過這種方法，能夠有效的減少PWM諧波分量，控制電機的時候也不會有很大的轉矩脈動，我們可以更平滑地調速，這對控制性能的提升具有明顯的意義。下面舉例進行分析：把U4(100)轉換到U0(000)，我們就只要改變A相的一對開關。當從U4(100)轉換到U7(111)的時候，那就要改變B、C兩相的開關。這樣對器件損耗非常大，幾乎翻倍了。所以，我們需要把零向量穿插其中，從而使開關損耗降低。改變U4(100)、U2(010)、U1(001)這三個非零矢量時，要配合零矢量 U0(000)。當要改變U6(110)、U3(011)、U5(100)這三個非零矢量時，要配合U7(111)。如此便能利用靈活組合開關順序，獲得對稱的PWM波。其他扇區(qū)情況如下表所示。以1扇區(qū)來說，它的三相波形如表中所示。電壓矢量的作用順序是：U0、UUUUUU0，我們可以從表的波形圖中看到開關切換順序跟三相波形圖是互相對應的。當?shù)竭_下一個扇區(qū)時，Uref的角度加一個增量大小，使用式子()再算出下一個矢量的作用時間，然后得到這個區(qū)域的三相波形。這樣能夠合成一個新的矢量。Uref將會依次到達扇區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。一個周期下來，可以產生R個合成矢量。 變頻器SVPWM控制算法SVPWM算法調制的首先公式是確定電壓空間矢量處于哪一扇區(qū)，這是由非零矢量Uα和Uβ決定得。我們先假設電壓空間矢量處于第一扇區(qū)，那么Uα和Uβ的角度處于0到60186。之間。“再結合平行四邊形法則，進行矢量合成，就能夠判斷合成的電壓空間矢量[14]”。表22 Uref所處扇區(qū)和開關順序Uref所在的位置開關切換順序三相波形圖Ⅰ區(qū)（0176?！堞取?0176。）…467764…Ⅱ區(qū)（60176?！堞取?20176。）…267762…Ⅲ區(qū)（120176?！堞取?80176。）…237732…Ⅳ區(qū)（180176?！堞取?40176。）…137731…Ⅴ區(qū)（240176?！堞取?00176。）…157751…Ⅵ區(qū)（300176。≤θ≤360176。）…457754…對其所在扇區(qū)的充要條件進行詳細分析可知，參考電壓矢量Uref是Uβ，UαUβ和UαUβ共同決定的。所以設： ()表23 Uref處于第幾扇區(qū)的充要條件扇區(qū)落在此扇區(qū)的充要條件IUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅡUα0 ， 且Uβ/ |Uα|ⅢUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅣUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅤUβ0 且Uβ/|Uα|ⅥUα0 ，Uβ0 且Uβ/Uα假設U10，則那么A=1，要不然A=0；假設U20，則那么B=1，要不然B=0；若假設U30，那么C=1，要不然C=0。有排列組合可知A，B，C之間可以有8種組合。根據判斷Uref所在扇區(qū)可以看出A，B，C不會同時取零或者一，減去這兩種情況，其他組合還剩余6種。對6種狀態(tài)進行判斷，我們設N=4*C+2*B+1*A，再根據下表進行簡單的邏輯運算以及加減運算就可以計算出N值與扇區(qū)對應關系，從而判斷Uref所在的區(qū)間。這對提升系統(tǒng)響應速度具有非常大的意義。表24 N值與扇區(qū)對應關系N315462扇區(qū)號ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ基本矢量作用時間和三相PWM波形合成：以前我們對SVPWM的計算是使用式()中的空間角度和正弦定理。然而這樣就使得我