【正文】 實(shí)際應(yīng)用中，異步電機(jī)需要輸入電流盡量接近正弦波，從而在空間上形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩。這就是“磁鏈跟蹤控制”的基本思想。 SVPWM技術(shù)最初是應(yīng)用在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域的，后來擴(kuò)展成為一種在整流 /逆變領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的 PWM 方法。 電壓空間矢量的概念 電壓空間矢量是按照電壓所加 在繞組的空間位置來定義的。 圖 電壓空間矢量 這是一個(gè)特殊的坐標(biāo)系， A, B, C 分別表示在空間靜止不動(dòng)的電機(jī)定子三相繞組的軸線，它們?cè)诳臻g互差 120176。 假設(shè) U? 為相電壓有效值， f 為電源頻率，則有： ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???????????????322c o s2322c o s22c o s2????????tfUtUtfUtUtfUtUAAA （ 21） f?2uA0uB0uC0)(tUABC安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 假設(shè)單位方向矢量 ??32j?，則電壓空間矢量相加的合成空間矢量 ??tU 就可以表示為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? eUtUUtUU ftjCBA ???? 22 2t32t ??????? （ 22） 可見 ??tU 是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值；當(dāng)頻率不變時(shí)，以電源角頻率 f2??? 為電氣角速度做恒速同步旋轉(zhuǎn)，哪一相電壓為最大值時(shí)，合成電壓矢量就落在該相的軸線上。利用這種逆變器功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)和順序組合，以及開關(guān)時(shí)間的調(diào)整，以保證電壓空間矢量圓形軌跡為目標(biāo)，就可以產(chǎn)生諧波少的、且直流電源電壓利用率較高的 輸出。 圖 三相電壓型逆變器結(jié)構(gòu)圖 規(guī)定：當(dāng)上橋臂開關(guān)管“開”狀態(tài)時(shí) (此時(shí)下橋臂開關(guān)管必然是“關(guān)”狀態(tài) )，開關(guān)狀態(tài)為 1；當(dāng)下橋臂開關(guān)管“開”狀態(tài)時(shí) (此時(shí)上橋臂開關(guān)管必然是“關(guān)”狀態(tài) )，開關(guān)狀態(tài)為 0。其中前六個(gè)工作狀態(tài)是有效的，稱做非零矢量；后兩個(gè)工作狀態(tài)稱做零矢量。式 (23)和 (24)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用表 21來表示。圖 給出了八個(gè)基本電壓空間矢量的大小和位 置。 ，而兩個(gè)零矢量幅值為零，位于中心。利用 clark 變換，可將三相 ABC 平面坐標(biāo)系中的相電壓轉(zhuǎn)換到 ?? 平面坐標(biāo)系中去。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。為了維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，采用 PI 調(diào)節(jié)器對(duì)電容電壓進(jìn)行控制，并給出 PI 參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。 圖 三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器的 主電路 為了分析方便而忽略了主電路中功率開關(guān)器件的通態(tài)壓降，交流側(cè)接口感 的非線性，直流側(cè)電壓的波動(dòng)，電源內(nèi)阻抗與線路阻抗以及死區(qū)時(shí)間的影響。 APF 的種類 APF 的結(jié)構(gòu)形式很多，但其基本原理都是類似的， 按電路拓樸結(jié)構(gòu)可分為并聯(lián)型 APF、串聯(lián)型 APF 和串 并聯(lián)型 APF。由于與系統(tǒng)并聯(lián) , 可等效為一受控電流源。主要適用于抵消非線性負(fù)載的諧波電流、無功補(bǔ)償及平衡三相系統(tǒng)中的不平衡電流等。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 圖 并聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu)圖 （ 2）串聯(lián)型 APF 圖 為串聯(lián)型 APF 基本結(jié)構(gòu)。與并聯(lián)型 APF 相比 , 串聯(lián)型 APF 損耗較大 , 且各種保護(hù)電路 也較復(fù)雜。 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)。串聯(lián)型 APF 將電源和負(fù)載隔離，阻止電源諧波電壓串入負(fù)載和負(fù)載電流流入電網(wǎng)。這種方案兼有串、并聯(lián) APF 的功能，可以抑制閃變、補(bǔ)償諧波、消除共同耦合點(diǎn)處的 三相電壓不平衡，具有較高的性價(jià)比。 圖 串聯(lián) — 并聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 14 APF 的諧波檢測(cè)方法 這是最早應(yīng)用于指令電流運(yùn)算的一類方法。 基于瞬時(shí)無功功率理 論的瞬時(shí)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(yùn)算方法。 Akagi 于 1984 年提出，僅適用于對(duì)稱三相電路，后經(jīng)過不斷地改進(jìn)，現(xiàn)已包括 pq 法、 IpIq 法以及 dp 法等。 該方法將被檢測(cè)量分解為理想傳輸量 (即從公共供電點(diǎn)上看去，負(fù)荷是三相對(duì)稱且純阻性的 ,該負(fù)荷只消耗有功能量 )和另一分量之和 ,簡(jiǎn)單明了、易于實(shí)現(xiàn)。并且當(dāng)電源電壓存在畸變時(shí)，與電壓諧波同次的諧波電流 (有功部分 )將被淹沒一部分。 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(fù)載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補(bǔ)償電流指令值。后來又提出了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)檢測(cè)法。該方法的缺點(diǎn)是計(jì)算量大、時(shí)間延遲大。 APF 控制策略還包括開關(guān)器件的 PWM 脈沖信號(hào)的形成 [7]。其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，開關(guān)頻率固定 ,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)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。與三角載波控制相比，滯環(huán)比較控制具有開關(guān)損耗小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、魯棒性好、控制精度高等特點(diǎn)。當(dāng)帶寬固定時(shí) ,開關(guān)頻率會(huì)隨補(bǔ)償電流的變化而變化 ,從而引起較大的脈動(dòng)電流和開關(guān)噪音。 變結(jié)構(gòu)控制是一種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，適用于線線性及 非線性系統(tǒng) 。它具有一些優(yōu)良特性，尤其是對(duì)加給系統(tǒng)的攝動(dòng)和干擾有良好的自適應(yīng)性。 但變結(jié)構(gòu)控制對(duì)系統(tǒng)的變化和外部安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 16 干擾不敏感 ,具有很強(qiáng)的魯棒性。 無差拍控制是一種在電流滯環(huán)比較控制技術(shù)上發(fā)展起來的全數(shù)字化控制技術(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快且易于計(jì)算機(jī)執(zhí)行，缺點(diǎn)是計(jì)算量大、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)依賴性較大、魯棒性差、瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量大。其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期內(nèi)強(qiáng)迫開關(guān)變量平均值與控制參考量相等或成比例。這種控制方法具有反應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)、控制電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 SVPWM 的主要思想是：以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn) ，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM 波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼碜粉櫰錅?zhǔn)確磁鏈圓。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 17 第四章 SVPWM 控制算法 SVPWM 控制算法的原理是對(duì)變流器各開關(guān)器件的控制信號(hào)進(jìn)行不同組合，然后控制各開關(guān)器件的通斷使變流器輸出的電壓空間矢量逼近由三相電壓為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波所合成的電壓空間矢量。 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(gè)基本矢量作用時(shí)間的計(jì)算、矢量作用時(shí)間的切換點(diǎn)確定以及與載波比較生成 PWM 脈沖。當(dāng) ? 軸與 a 軸重合時(shí)，兩坐標(biāo)系的變換關(guān)系為： ? ?efeffjfff jcjba 343232 ???? ????? （ 41） 式中 f 為電壓或電流量，可根據(jù)表 21 看出，不同的開關(guān)狀態(tài)下變流器交流側(cè)電壓能用下式表示： ???????? ?032703)1(VVeUV kjdck ? （ k=1~6） (42) 從式 (42)可知， VV 61? 是 6 個(gè)模為 Udc32 的空間電壓矢量，且相鄰兩矢量 的夾角為 60176。各空間矢量的分布如圖 所示。如果參考電壓矢量 Vref 是勻速旋轉(zhuǎn)，可使其端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形，從而可得到三相對(duì)稱的正弦量。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。通常有以下兩種方法 : (1)通過確定 Vref 旋轉(zhuǎn)的角度值來確定其所在的扇區(qū)。對(duì) V? 、 V? 分量進(jìn)行 簡(jiǎn)單運(yùn)算得出 Vref 所在扇區(qū)對(duì)應(yīng)的 N 值。 可見，坐標(biāo)變換法的實(shí)質(zhì)是通過確定變流器輸出的三相線電壓的極性來判斷參考電壓矢量所在的扇區(qū)。 N值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 41。 相鄰兩個(gè)基本矢量作用時(shí)間的計(jì)算 常規(guī) SVPWM 模式下，計(jì)算兩個(gè)基本矢量作用時(shí)間 在按照上述的方法確定了參考電壓矢量 Vref 所在的扇區(qū)之后，就需要求出參 考電壓矢量 Vref 所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和相應(yīng)零矢量的作用時(shí)間。實(shí)際上，只要充分利用 V? 和 V? ，就可以使計(jì)算大為簡(jiǎn)化。其矢量合成方程如下： Vref Ts =Vx Tx +Vy Ty +V0 T0 （ 44） 其中： Ts =Tx +Ty +T0 式中： Tx 、 Ty 為每個(gè)扇區(qū)所對(duì)應(yīng)的電壓矢量作用時(shí)間。 如圖 中， Vref 在 I 扇區(qū)，將第一扇區(qū)單獨(dú)畫出如下圖： 圖 參考電壓的合成與分解 則 Vref 可以表示為： VTTVTTV ssre f 2211 ?? （ 45） TTTT s 021 ??? （ 46） 式中， Ts 為 PWM 開關(guān)周期， T1 和 T2 分別為 V1 和 V2 在一個(gè) PWM 開關(guān)周???TTs1TTs2V1V2? ?1001V? ?1102VVrefo安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 20 期的作用時(shí)間， T0 為零矢量的作用時(shí)間。 為了便于軟件設(shè)計(jì)定義了 X, Y, Z，從而得出各扇區(qū)基本矢量的作用時(shí)間如表 42 所示。但是如果電壓矢量的端點(diǎn)軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓外，此時(shí) SVPWM 出現(xiàn)過調(diào)制暫態(tài)，如不采取措施，輸出電壓將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失真，影響電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。但是在實(shí)際運(yùn)用中需對(duì)電壓矢量的端點(diǎn)軌跡是否超出正六邊形內(nèi)切圓進(jìn)行判斷，再進(jìn)行Tx 、 Ty 、 T0 的計(jì)算，具體工程實(shí)現(xiàn)比較麻煩。 如果 Tx 十 Ty Ts ，以第一扇區(qū)為例，有如下比例關(guān)系： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 TTTT 2,21,1? (416) 則可求得： ???????????TTTTTTTTTTss212,2211,1 （ 417） 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(shí)間。按照這個(gè)原則，仍以第一扇區(qū)為例其調(diào)制順序?yàn)椋?000100110111110100000，稱為對(duì)稱七段式 PWM 生成方式， 即每個(gè)開關(guān)周期都以零矢量（ 000）開始和結(jié)束，中間是（ 111），并且根據(jù)開關(guān)損耗最小的原則使每次開關(guān)切換時(shí)只有一個(gè)開關(guān)器件動(dòng)作。無論在哪一個(gè)扇區(qū)， Tx 都對(duì)應(yīng)最先作用的非零矢量時(shí)間 (如扇區(qū) I 中 Tx 等于 T1 )， Ty 則為另一個(gè)非零矢量的作用時(shí)間 (如扇區(qū) I 中 Ty 等于 T2 )。 根據(jù)上述分析以及連續(xù)開關(guān)調(diào)制模式下各扇區(qū)的 PWM 波形可得出以下結(jié)論： 定義： ????????????????224)(TTTTTTTTTTybcxabyxsa （ 421） 則在不同的扇區(qū)內(nèi) A, B, C 三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)時(shí)間可用 Tcm1 、 Tcm2 、 Tcm3 ，根據(jù)表 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 43 進(jìn)行賦值。但一 切皆是自動(dòng)進(jìn)行無需人為干涉，只需做好 Ta Tb Tc 的賦值工作即可。 ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ 圖 參考電壓矢量 Vref 在各個(gè)扇區(qū)中的 SVPWM 波形 至此， SVPWM 技術(shù)的理論方面的工作基本結(jié)束，總結(jié)包括： （ 1）、參考電壓矢量 Vref 所在扇區(qū)的確立； （ 2）、相鄰兩個(gè)基本向量作用時(shí)間的計(jì)算； （ 3）、飽和情況下相鄰兩個(gè)基本向量作用時(shí)間的計(jì)算； （ 4）、矢量作用時(shí)間的切換點(diǎn)確定與 PWM 脈沖的生成。于是自然地出現(xiàn)了控制系統(tǒng)地計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。目前， MATLAB (Matrix Laboratory)是當(dāng)今國(guó)際上最流行的控制系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)的語言和軟件工具。它將數(shù)值 分析、矩陣計(jì)算、圖形處理和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)極易使用的交互式環(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)算的總多科學(xué)提供了一種高效率的編程工具，集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于