【正文】 量的切換來(lái)控制變流器的一種新穎的控制策略。如果拋開(kāi)磁場(chǎng)定向控制中所包含的關(guān)于電機(jī)的物理概念，那么這種控制方式實(shí)際上是一種將三相系統(tǒng)的電壓統(tǒng)一考慮，并轉(zhuǎn)換至兩相系統(tǒng)中進(jìn)行研究的方法。其實(shí)現(xiàn)方式和電機(jī)模型沒(méi)有本質(zhì)上的聯(lián)系，因此將其移植到三相非電機(jī)負(fù)載可逆整流器的控制中，控制效果不會(huì)受到影響。SVPWM控制方式，實(shí)質(zhì)上是一種不同于規(guī)則采樣方式的脈寬調(diào)制波產(chǎn)生方式，其最大特點(diǎn)體現(xiàn)在對(duì)三相系統(tǒng)的統(tǒng)一表達(dá)和控制，以及對(duì)幅值和相位的同時(shí)控制。PWM整流器控制的關(guān)鍵就是確定六個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通狀態(tài)和時(shí)間，其狀態(tài)必須滿足在同一時(shí)間只有三個(gè)開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，另三個(gè)開(kāi)關(guān)管處于判斷狀態(tài)；同一橋臂上下兩個(gè)管子處于互補(bǔ)狀態(tài)，避免上下橋臂直通?？臻g矢量算法就是根據(jù)整流器交流側(cè)所需的確定開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)。 三相VSR空間電壓矢量描述了三相VSR交流側(cè)相電壓(、)在復(fù)平面上的空間分布，易得： (41) (42) (43) 將種開(kāi)關(guān)函數(shù)組合代入上面的式子即得到相應(yīng)的三相VSR交流側(cè)電壓值，如 下表所示： 表41 不同開(kāi)關(guān)組合時(shí)的電壓值SaSbSc000000001010011100101110111000分析上表可以得到，三相VSR不同開(kāi)關(guān)組合時(shí)的交流側(cè)電壓可以用一個(gè)模為2vdc/3的空間電壓矢量在復(fù)平面上表示出來(lái)： （） （44）由于三相VSR開(kāi)關(guān)的有限組合，因而其空間電壓矢量只有條，如圖（41）所示，其中 (0, 0, 0)、 (1, 1, 1)由于模為零而稱為“零矢量”。顯然，某一開(kāi)關(guān)組合就對(duì)應(yīng)一條空間矢量，該開(kāi)關(guān)組合時(shí)的、即為該空間矢量在三軸(a、b、c)上的投影。對(duì)于任意給定的三相基波電壓、若考慮三相平衡系統(tǒng)，即，則可在復(fù)平面內(nèi)定義電壓空間矢量 (45) 圖41三相VSR空間電壓矢量分布式（45）表明：如果、是角頻率為ω的三相對(duì)稱正弦波電壓，那么矢量V既為模為相電壓峰值，且以角頻率ω按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)的空間矢量，而空間矢量V在三相坐標(biāo)軸（a,b,c）上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量。實(shí)際上，對(duì)于對(duì)稱的三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有 (46) SVPWM整流器的控制算法按照傳統(tǒng)的SVPWM計(jì)算方法，如圖42所示，、為空間矢量在軸上的坐標(biāo)值。通常情況下，由確定在空間矢量上的角度，進(jìn)而通過(guò)反正切函數(shù)及正弦函數(shù)求出矢量作用的時(shí)間、。DSP進(jìn)行的數(shù)字算法難以用傳統(tǒng)方法計(jì)算電壓空間矢量的位置和作用時(shí)間，因?yàn)榉凑杏?jì)算復(fù)雜，若采用查表法又會(huì)浪費(fèi)較大的空間。本文采用的是一種電壓空間矢量的簡(jiǎn)單算法，可直接采用參考電壓來(lái)判斷扇區(qū)和作用時(shí)間。圖42 在坐標(biāo)系的分布 扇區(qū)的確定根據(jù)空間電壓矢量在坐標(biāo)系（，）的分量，定義3個(gè)參考量A、B、C分別為 （47）定義函數(shù)： （48） 根據(jù)式計(jì)算得到系數(shù)N。 表42 N與各扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表N315462所屬扇區(qū) ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ 矢量作用時(shí)間的確定三相VSR空間電壓矢量共有8條，除2條零矢量外，其余6條非零矢量對(duì)稱均勻分布在復(fù)平面上。對(duì)于任一給定的空間電壓矢量，均可由8條三相VSR空間電壓矢量合成，如圖所示。 圖43 空間電壓矢量分區(qū)及合成上圖中，6條模為的空間電壓矢量將復(fù)平面均分成六個(gè)扇形區(qū)域I VI，對(duì)于任一扇形區(qū)域中的電壓矢量，均可由該扇形區(qū)兩邊的VSR空間電壓矢量來(lái)合成。如果在復(fù)平面上勻速旋轉(zhuǎn)，就對(duì)應(yīng)得到了三相對(duì)稱的正弦量。實(shí)際上，由于開(kāi)關(guān)頻率和矢量組合的限制，的合成矢量只能以某一步進(jìn)速度旋轉(zhuǎn)，從而使矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一多邊形準(zhǔn)圓軌跡。顯然，PWM開(kāi)關(guān)頻率越高，多邊形準(zhǔn)圓軌跡就越接近圓。若在I區(qū)時(shí)，則可由，和合成，依據(jù)平行四邊形法則，有 (49)式中 、——、矢量在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的持續(xù)時(shí)間； ——PWM開(kāi)關(guān)周期 ，則 (410）令與間的夾角為，由正弦定律算得 (411)又因?yàn)椹Ι?││=,則聯(lián)立上面兩式子，易得 　　　　　　　　 (412)　　　　　式中m——SVPWM調(diào)制系數(shù)，并且 (413)對(duì)于零矢量的選擇，主要考慮或應(yīng)使開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化盡可能少，以降低開(kāi)關(guān)損耗。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，令零矢量插入時(shí)間為，若其中插入的時(shí)間為=，則插入的時(shí)間則為=（1）,其中0≤k1。實(shí)際上，對(duì)于三相VSR某一給定的電壓空間矢量，常有以下幾種合成方法，以下討論均考慮在VSR空間矢量區(qū)域的合成。方法一：該方法將零矢量均勻地分布在V*矢量的起、終點(diǎn)上，然后依次由，按三角形方法合成，如圖44（a）所示。另外再?gòu)脑摵铣煞ǖ拈_(kāi)關(guān)函數(shù)波形上(見(jiàn)圖44（b）)分析，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，VSR上橋臂功率管共開(kāi)關(guān)4次，由于開(kāi)關(guān)函數(shù)波形不對(duì)稱，因此PWM諧波分量主要集中在開(kāi)關(guān)頻率以及上。 （a）合成 (b)開(kāi)關(guān)函數(shù)波形 圖44 V*合成方法一 方法二： (a)V*合成 (b)開(kāi)關(guān)函數(shù)波形 圖45 合成方法二矢量合成仍然將零矢量均勻的分布在矢量的起、終點(diǎn)上。但與方法一不同的是，除零矢量外，依次由合成，并從矢量中點(diǎn)截出兩個(gè)三角形，如圖45（a）所示。另外，由圖45（b）的PWM開(kāi)關(guān)函數(shù)波形份析，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中VSR上橋臂功率管共開(kāi)關(guān)4次，且波形對(duì)稱，因而其PWM諧波分量仍主要分布在開(kāi)關(guān)頻率的整數(shù)倍頻率附近。 方法三： （a）V*合成 （b）開(kāi)關(guān)函數(shù)波形 圖46合成方法三將零矢量周期分成三段，其中矢量的起、終點(diǎn)上均勻地分布矢量，而在矢量中點(diǎn)出分布矢量，而且。除領(lǐng)矢量外，矢量合成與方法二類似，即均以矢量中點(diǎn)截出兩三角形，的合成矢量圖如圖46（a）所示，從開(kāi)關(guān)函數(shù)波形(見(jiàn)圖46（b）)可以看出，在一個(gè)PWM開(kāi)關(guān)周期，該方法使VSR橋臂功率管開(kāi)關(guān)6次且波形對(duì)稱，其PWM諧波仍主要分布在開(kāi)關(guān)頻率的整數(shù)倍頻率附近。 上述分析表明，VSR空間矢量合成，不同方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。綜合來(lái)看，第三種方法較好，該方法中開(kāi)關(guān)損耗及諧波均相對(duì)較低。但從算法的簡(jiǎn)單性上看，第一種方法較好。當(dāng)位于其它扇區(qū)時(shí)其計(jì)算方法一樣，定義如下A、B、C三個(gè)變量： （414）則相應(yīng)的和也可以用A、B、C來(lái)表示，它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表42所示。 表43 、與A、B、C的對(duì)應(yīng)關(guān)系表所屬扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥABCABCCABCAB在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)過(guò)調(diào)制現(xiàn)象，需要重新定義矢量的作用時(shí)間: （415）為了保證系統(tǒng)在各種情況下，每次切換都只涉及一只開(kāi)關(guān)，電壓空間矢量采用七段空間矢量合成方式：每個(gè)矢量均以（000）開(kāi)始和結(jié)束，中間零矢量為（111），非零矢量保證每次只切換一只開(kāi)關(guān)，由于后三段矢量及其作用時(shí)間與前三段時(shí)間關(guān)于零矢量（111）對(duì)稱，如表44所示。以第Ⅰ扇區(qū)為例，圍成第Ⅰ扇區(qū)相鄰兩個(gè)向量分別為和，這里采用零矢量對(duì)稱的插法，則三相橋臂導(dǎo)通情況可用下圖47表示：圖47 第Ⅰ扇區(qū)三相橋臂分配時(shí)間 轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋?00→100→110→111→111→110→100→000。其他扇區(qū)向量的轉(zhuǎn)換順序見(jiàn)下表44。 表44 作用于三相橋臂向量的轉(zhuǎn)換順序表扇區(qū) 作用于三相橋臂上的向量的轉(zhuǎn)換順序Ⅰ000100110111110100000Ⅱ000110010111010110000Ⅲ000010011111011010000Ⅳ000011001111001011000Ⅴ000001101111101001000Ⅵ000101110111100101000由以上對(duì)矢量扇區(qū)，矢量作用時(shí)間和開(kāi)關(guān)矢量的分析可知，通過(guò)判斷給定空間電壓矢量在不同的扇區(qū)，選用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)矢量，計(jì)算出矢量作用時(shí)間，即可合成所需要的電壓空間矢量。定義：其他扇區(qū)各相橋臂的導(dǎo)通時(shí)間列于表45。表45 各相在不同扇區(qū)中的導(dǎo)通時(shí)間分配表扇區(qū)相 序ABCⅠⅡⅢⅣⅤⅥ  5 Matlab 仿真 基于空間電壓矢量的直接電流控制的三相VSR PWM整流器的仿真 基于空間電壓矢量PWM波生成模塊simulink模型建立1 扇區(qū)的選擇模塊： 圖51 扇區(qū)的選擇2 過(guò)程量A、B、C的計(jì)算模塊： 圖52 A B C的計(jì)算電路3 矢量作用時(shí)間Ta、Tb、Tc的計(jì)算模塊： 圖53 矢量作用時(shí)間的生成電路4 扇區(qū)切換點(diǎn)的計(jì)算模塊 圖54 扇區(qū)切換點(diǎn)計(jì)算電路圖5 PWM波生成模塊： 圖55 PWM波的生成電路圖5 基于空間電壓矢量的PWM波調(diào)制整體模塊： 圖56 SV PWM波生成結(jié)構(gòu)圖 PWM整流器的主回路及控制系統(tǒng)simulink模型的建立1 PWM整流器主回路的模型： 圖57 整流器主回路電路2 整流器坐標(biāo)變換模塊： 圖58 從abc坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的變換 圖59 dq到時(shí) αβ坐標(biāo)系的變換3 整流器PI控制模塊： 圖510 整流器雙閉環(huán)控制模塊4 三相VSR整流器及其控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖： 圖511 PWM整流器仿真模塊封閉圖 圖512 PWM整流器仿真圖 PWM整流器仿真波形1 直流側(cè)輸出電壓波形圖：　　 圖513 直流側(cè)輸出電壓2 電網(wǎng)側(cè)電流跟蹤電壓的波形圖： 圖514 a相電流跟蹤電壓波形圖3 網(wǎng)側(cè)三相電壓的波形圖：