【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(shè)計(jì)也是SVPWM。變頻器SVPWM控制算法在近年來(lái)已經(jīng)成熟被應(yīng)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(shí)際應(yīng)用處，對(duì)三相進(jìn)行逆變要使用六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件。通過(guò)對(duì)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(kāi)關(guān)模式會(huì)產(chǎn)生特定的脈寬調(diào)制波形，利用這些個(gè)開(kāi)關(guān)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(duì)其芯片進(jìn)行編程的方法，來(lái)使其產(chǎn)生PWM波形。SVPWM技術(shù)與SPWM相比較，具有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(shè)備故障；使電機(jī)運(yùn)行在一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。“而且這個(gè)控制策略也產(chǎn)生電機(jī)空間上逼近圓形旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)使得母線側(cè)的直流電壓利用率提高15%，本章下面幾節(jié)對(duì)其原理進(jìn)行詳細(xì)分析[10]”。 變頻器SVPWM的基本原理變頻器SVPWM的理論基礎(chǔ)就是平均值相等，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)使用基本電壓矢量對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，在空間上進(jìn)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。“其基本實(shí)現(xiàn)方法就是先判斷參考矢量在哪一個(gè)區(qū)間，然后把這個(gè)扇區(qū)內(nèi)相鄰的電壓矢量和零矢量進(jìn)行矢量合成[11]”。在一個(gè)區(qū)間內(nèi)，通過(guò)控制管子的通斷來(lái)把相鄰的電壓矢量分多次施加，使得產(chǎn)生的波形對(duì)稱。我們控制每個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間。最后優(yōu)化開(kāi)關(guān)作用順序，把一個(gè)扇區(qū)分成個(gè)小區(qū)間，將形成邊形，合成的電壓空間矢量所產(chǎn)生的逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這些不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)變頻器的控制單元產(chǎn)生。最終所產(chǎn)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(shè)在直流母線側(cè)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(biāo)上面，這個(gè)時(shí)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(gè)電壓空間矢量，它們分別為?，F(xiàn)在我們假設(shè)為相電壓的有效值，是電源的頻率，那么就有以下關(guān)系： ()上表達(dá)式中，若，那么： ()由此可知空間矢量它是可以旋轉(zhuǎn)的，它的最大值為相電壓峰值的倍，它是以角頻率按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)的電壓空間矢量，“其在三相坐標(biāo)軸 上的投影為三相對(duì)稱的正弦量[12”。因?yàn)槟孀兤鞯娜鄻虮凵弦还灿袀€(gè)開(kāi)關(guān)管，為了方便研究，我們定義其開(kāi)關(guān)函數(shù)如下： ()其中(Sa、Sb、Sc)的所有組合有八種，兩個(gè)零矢量U0(000)、U7(111)六個(gè)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(jìn)行分析：SX(x=a,b,c)=(100) ()對(duì)（）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?jī)蓚€(gè)矢量之間差π/3，任意電壓矢量都是由相鄰兩個(gè)非零矢量根據(jù)平行四邊形法則進(jìn)行合成的： ()進(jìn)一步等效為： ()表21 所有開(kāi)關(guān)情況與相/線電壓之間的關(guān)系SaSbSc矢量符號(hào)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(gè)采樣周期內(nèi)，非零電壓矢量Ux、Uy和零電壓矢量U0作用的總的時(shí)間；零矢量有兩個(gè)U0和U7。因?yàn)槿嗾也妷涸陔妷嚎臻g矢量中合成的是一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)電壓，它以電源角頻率為速度進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所走過(guò)的軌跡是一個(gè)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(gè)小的增量，這個(gè)增量可由零矢量和非零矢量來(lái)合成，其增量安排應(yīng)該以減小開(kāi)關(guān)損耗為基礎(chǔ)，最終可以得到一個(gè)電壓矢量圓形軌跡，“達(dá)到我們預(yù)期的變頻器SVPWM電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的[13]”。 變頻器SVPWM法則推導(dǎo)給定的三相電壓的電壓矢量在空間中以一定的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，它的角速度是，周期，我們假設(shè)載波頻率為，那么頻率比就是，這時(shí)我們可以把電壓旋轉(zhuǎn)平面分成R份，這樣便能求出電壓向量角度的增值，其表達(dá)式如下： ()我們現(xiàn)在假設(shè)Uref在1區(qū)，就可以用兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量（UUU0、U7）來(lái)進(jìn)行合成： () 空間矢量在1區(qū)的合成在靜止坐標(biāo)系中，分為α軸和β軸，設(shè)Uref與U4之間的夾角為θ，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可知： ()我們使U4和U6作用一樣長(zhǎng)的時(shí)間，就有|U4|=|U6|=2Udc/3，就可以得到每個(gè)非零矢量的作用時(shí)間長(zhǎng)度，其計(jì)算公式如下： ()上式中，稱為調(diào)制比，調(diào)制比是調(diào)制波基波的峰值與載波基波峰值之比。非零向量的分配時(shí)間出來(lái)了，那么零向量作用的時(shí)間長(zhǎng)度也就出來(lái)了：T7=T0=(TST4T6)/2 ()或者T7=(TST4T6) ()根據(jù)以上式子，我們可以得出合成Uref的每個(gè)矢量作用時(shí)間。第一步工作已經(jīng)完成，下面的主要任務(wù)就是來(lái)確定怎樣產(chǎn)生脈寬調(diào)制波形。在SVPWM調(diào)制方案里，我們可以盡量讓開(kāi)關(guān)在切換的時(shí)候能夠少變化幾個(gè)，這樣是為了降低損耗。而對(duì)于這個(gè)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(gòu)成空間矢量序列，排列方式比較多，以下進(jìn)行介紹。7段式SVPWM為了就減少開(kāi)關(guān)的通斷損耗，我們可以把基本矢量的作用順序進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)每次把基本矢量加上時(shí)，盡量只變化一個(gè)開(kāi)關(guān)管子。0矢量的選定也也要具有靈活性，一般來(lái)說(shuō)，施加在一個(gè)區(qū)的開(kāi)始，中間和末尾，這樣便能產(chǎn)生對(duì)稱PWM波。通過(guò)這種方法，能夠有效的減少PWM諧波分量，控制電機(jī)的時(shí)候也不會(huì)有很大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，我們可以更平滑地調(diào)速，這對(duì)控制性能的提升具有明顯的意義。下面舉例進(jìn)行分析：把U4(100)轉(zhuǎn)換到U0(000)，我們就只要改變A相的一對(duì)開(kāi)關(guān)。當(dāng)從U4(100)轉(zhuǎn)換到U7(111)的時(shí)候，那就要改變B、C兩相的開(kāi)關(guān)。這樣對(duì)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(kāi)關(guān)損耗降低。改變U4(100)、U2(010)、U1(001)這三個(gè)非零矢量時(shí)，要配合零矢量 U0(000)。當(dāng)要改變U6(110)、U3(011)、U5(100)這三個(gè)非零矢量時(shí)，要配合U7(111)。如此便能利用靈活組合開(kāi)關(guān)順序，獲得對(duì)稱的PWM波。其他扇區(qū)情況如下表所示。以1扇區(qū)來(lái)說(shuō)，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(kāi)關(guān)切換順序跟三相波形圖是互相對(duì)應(yīng)的。當(dāng)?shù)竭_(dá)下一個(gè)扇區(qū)時(shí)，Uref的角度加一個(gè)增量大小，使用式子()再算出下一個(gè)矢量的作用時(shí)間，然后得到這個(gè)區(qū)域的三相波形。這樣能夠合成一個(gè)新的矢量。Uref將會(huì)依次到達(dá)扇區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。一個(gè)周期下來(lái)，可以產(chǎn)生R個(gè)合成矢量。 變頻器SVPWM控制算法SVPWM算法調(diào)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(shè)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?！霸俳Y(jié)合平行四邊形法則，進(jìn)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(kāi)關(guān)順序Uref所在的位置開(kāi)關(guān)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。≤θ≤300176。）…157751…Ⅵ區(qū)（300176?！堞取?60176。）…457754…對(duì)其所在扇區(qū)的充要條件進(jìn)行詳細(xì)分析可知，參考電壓矢量Uref是Uβ，UαUβ和UαUβ共同決定的。所以設(shè)： ()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(shè)U10，則那么A=1，要不然A=0；假設(shè)U20，則那么B=1，要不然B=0；若假設(shè)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(jù)判斷Uref所在扇區(qū)可以看出A，B，C不會(huì)同時(shí)取零或者一，減去這兩種情況，其他組合還剩余6種。對(duì)6種狀態(tài)進(jìn)行判斷，我們?cè)O(shè)N=4*C+2*B+1*A，再根據(jù)下表進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算以及加減運(yùn)算就可以計(jì)算出N值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而判斷Uref所在的區(qū)間。這對(duì)提升系統(tǒng)響應(yīng)速度具有非常大的意義。表24 N值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系N315462扇區(qū)號(hào)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ基本矢量作用時(shí)間和三相PWM波形合成：以前我們對(duì)SVPWM的計(jì)算是使用式()中的空間角度和正弦定