SVPWM的SIMULINK仿真
基于Simulink的三相逆变SVPWM的仿真实现(精)
Simulink 是MTALAB 最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在实际设计之前利用Simulink 进行仿真不仅可以降低设计成本,还能及时发现设计中存在的问题,加以改正。
本文给出了基于Simulink 的SVPWM控制策略仿真的全过程和结果。
1SVPWM 的原理介绍SVPWM ,即空间电压矢量控制法,它的主要思想[1]是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,以三相逆变器不同开关模式作适当的切换,从而形成PWM 波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM 方法从电源的角度出发,以生成一个可调频调压的正弦波电源,而空间电压矢量控制法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑,模型比较简单,也便于微处理器的实时控制。
相比于传统的SPWM 法,SVPWM 有如下特点[2]:1)在每个小区间虽有多次开关切换,但每次开关切换只涉及一个器件,所以开关损耗小。
2)利用电压空间矢量直接生成三相PWM 波,计算简单。
3)逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压,比一般的SPWM 逆变器输出电压高15%SVPWM 控制的实现[3]通常有以下几步:(1)坐标的变换三相逆变系统有三组桥臂,设a 、b 、c 分别表示三组桥臂的开关状态,上桥臂导通下桥臂关断时其值为1,反之则为0。
那么可以得到三相逆变器输出的相电压和线电压之间的关系如下:V a V b V c 22222222=V dc 2-1-1-12-1-1-1222a b 22c(1)其中,V dc 为逆变桥直流电压,令U=[a,b ,c]表示一个矢量,当a 、b 、c 分别取1或者0的时候,该矢量就有8中工作状态,分别为[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1],如果我们用U 0和U 7表示零矢量,就可以得到6个扇区,三相控制可以用一个角速度为W=2πF 的空间矢量电压U 表示,当U 遍历圆轨迹时,形成三相瞬时输出电压,理论证明,当U 落入某一扇区后,用该扇区两边界矢量和零矢量去合成U 可以得到最佳合成效果。
基于MATLAB/Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器的仿真
基于MATLAB/Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器的仿真基于MATLAB,Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器的仿真 .32-2001年第4期《电机电器技术》?计算机与自动控制?基于MATLAB/Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器的仿真王潞钢,陈林康(广东工业大学,广州510090)摘要:介绍了电压空间矢量脉宽调制(SVPWb1)技术,并对恒压频比且为同步调制时的SVpWbl,进行了细致的推导.最后详细讨论了如何用MATLAB中的 Simulink进行仿真的具体步骤.关键词:逆变器;电压空间矢量脉宽调制;仿真SVPWMInverterSireulationBasedon MATLAB/SimulinkWANGLa—gang,CHENLin—kAbstract:1KspaperintroducesthespacevectorPwM(SVPWM),anddeducesitwhen theoutputfrequencyisproportionaltothelinevoltageandthemodulafonissynchr o— nized.ThesimulationbySimulinkinMATLABisdiscussedindetail.Keywords:inve~ion;SVPWM;shm~fion 中图分类号:TP391.9文献标识码:A 1引言作为电力电子装置的核心技术,PWM技术被广泛地应用于变频调速电气传动中.技术中应用最为普遍的是正弦脉宽调制(SPW'M)和电压空间矢量脉宽调制(SVP.WM)相比SPWM而言,SVP~'2d具有更低的高次谐波和电压利用率高等优点,所以越来越受到人们的重视.在控制系统通用计算机仿真软件中, MathWorks公司的MATLAB软件最为流行. 它的Simulink工具箱是一种优秀的仿真软件,具有模块化,可重载,可封装,面向结构图编程以及高度可视化等特性.其最为显着的特点是,具有控制系统模型图形组态输入与仿真功能,只需在图形窗口画出所需分析,设计的控制系统方框图,软件本身就能对模型系统进行线性化处理与仿真.这一特点使得一个非常复杂系统的仿真建模变得相当容易. 文章编号:1004—0056[2001)04—0032一OO4 值得指出的是,M丑.AB/SimL1link具有开放的编程环境,它允许用户开发自己所需的模块, 可通过S—function模块和MATKM3提供的模板,用ICt,a2XAB或c语言程序来编出用户需要的复杂算法,比如SVPWM的算法. 28个空间矢量三相电压源逆变器可由图l所表示的6 个开关元件来等效表示.逆变器桥臂的上下开关元件在任何一时刻不能同时导通.不考虑死区时,上下桥臂的开关呈互逆状态. 圉1三相电压源逆变器模型u,v,W为输出的三相电压,以图l所示.计算机与自动控制?《电机电器技术》2001年第4期?33?1]刈2磁链空间矢量空间矢量的幅值为:当?为零矢量~-~,-(ooo)与?(111) 时.I?l-0当?为其余的六种有效矢量时j~-~,-j?亏??亏udcT空间矢量的空间位置如图2所示,两相邻有效矢量的夹角为60~.3电压空间矢量脉宽调制《SVPWM) 当三相电动机由三相对称余弦波电压供电时,根据文献1可知,磁链为一顺时针旋转的圆形,起始点在如图2所示的q轴的负方向,半径I{0==ul/~o(1)其中u为线电压,m为角速度.3.1有效矢量的空间分配图q轴负方向为旋转起点,顺时针旋转, 可得出六种有效矢量对应的空间分配图,如图3所示.在磁链空间中,每60.范围内由图 3所示的两种相邻有效矢量线性合成SVP- WM氨AlP…(i0n1/\础AlP"./\O.0}},/?,010)0l1)011)001)图3有效矢量的空间分配圈3.2空间矢量作用时间的推导图4如图4所示,在0.一60.空间范围内,例取,矢量?(100),m矢量?(110),则Tf 为矢量,作用时间,为矢量m作用时间. 本例中,设0为磁链旋转起点所对应的角度,?T为磁链旋转过?0角度时所对应的时间.对三角形~.ABC,由三角形正弦定理有五吾百芒五芒.i({一中)一sin(中._m(寻)34?2001耳第4期《电机电器技术》?计算机与自动控制?其中西=0+/"0/2=+<o/',T/2面=/2uT丽=?{ITmAC一~,T/2可推导得:TkATsin({.中)(2)Tm=kA%in(~)(3)其中k=拒/udc,代人式(1j得k=42u~/Uao零矢量作用时阅To=?T—Tj—Tm,其选取原则为选取使开关变化量最小的零矢量. T0的作用点(以0表示)简单起见,如图 4所示.需要注意下一段时问AT时,用的有效矢量的顺序相反了,为m矢量,矢量(如图4所示).这两段作用时阔2?T称为一个矢量周期,开关频率fs1.3.3V/F控制且同步调制时空间矢量作用时间考虑变压变频V/F控制时,不计电压补偿,输出频率f与线电压ul为比例关系(恒压频比):f=gUl其中g为比例系数,由此可容易推出: =V~2ut一=蠹设N=fJf为载波比则k/',T=2gua=青,所由式(2),(3)j, 得:耻如(})(4)盏如(西)(5)取N为6的倍数,此肘的SVqPWM为同步调制.计算在,6o.范围肉的中值t其它范围母的计算同此):=詈专={+2+吉={莆由上可知,值的大小只与N有关.所以由式(4),(5)可推得:保持"不变.当输出频率f与U为比例关系,且为同步调制时,TI 与T的大小仅与载波比N有关.若f与'同步变化,则TI与Tm太小不变.4MATLAB仿真实现在整个MA?AB/simulink仿真过程中, 只需要三个独立的输入变量:输出频率f,同步载波比N(一定要是6的倍数),等效直流电压u这些都可以用恒值输出模块(ODD. stailt)来手工赋值,可添加一个S—function模块来编程实现当N不是6的倍数时的自动整定.仿真步骤:T1'a,取以享()为周期的单边三角渡为时向基数,如图5所示.可用MAT. LAB中的S—function模块来自行构造,例程如下:在S—function模块附带的模板中的函数functionsys=mdloutputs(t,x,u)里添加:1'1 =floor((/2));sys=t—n*2;即可实现图5的三角载波.?计算机与自动控制?《电机电器技术》2001年第4期?35?b,在一个作用周期T2完成后,按公式 (4),(5)计算_rl,的值c,用一开关变量(例如,设定onoff=0或 1)来实现:在下一段作用周期/2来临时, 做出如图5所标出的有效作用矢量顺序的自动切换.d,当时间来临时,判断上一时刻的有效输出(用状态量来保存),从而确定输出的零矢量是?(000)还是/,,-,it(111) e,每隔磁链空间印.,即N/6个_r口后,按表(1)换取一对有效矢量.此时中重新置零,则,T2,L.的值仍可按公式(4),(5)来计算.此时运行Simulink时,MA?.AB的Coin. maud窗口会提示正在使用的是离散时间解题器(dieretetimesolver).推荐使用固定步长 (fixed—step),可以估算一下,例取f=10,, =lkHz时,最小的有效矢量的持续时问为1. 6,若选用变步长(variable—step),最大步长 (maxstepsize)选用auto时,若平滑因子refine factor不是足够的大时,会出现丢失有效矢量的现象,所以固定步长虽然速度慢一些,但设定的恰当,肯定不会出现丢失有效矢量的现象.取f=2(】,N=48,图6为0,0.008秒问,开关sasbs的输出图形:S一Sb—S囝6f,若对图6的三个输出加上三个积分器,进行3—2变换后,可绘出svPwM所形成的圆形磁链轨迹.因为此时整个仿真系统是由离散系统与连续系统的合成的混合系统, 推荐在固定步长(fLxed—step)中选取odel (euler)即可.仍取f=20Hz,N=48,磁链如图 O05115225囝7g,选用静止—B建立起来的电动机等效模型,电机参数:极对数P=2,L=0.844H,Lt=086H,=0.795H,=1.2n,R=0.0312,转动惯量J=0.004k~.取f= 20Fh,N=48,g=7.6,U=700V,恒转矩负载TL=1.9Nm,可得出转速曲线图8. t)圈85结论本文对电压空间矢量调制(SVPWM)在恒压频比且为同步调制时进行了细致的推导.并详细讨论了如何用MATLAB中的 Simulink进行仿真的步骤与注意事项,所得出的SVPWM输出开关图,磁链图,转速曲线图等都与实际相吻合,具有很高的参考价值参考文献:[1]吴守箴等电气传动蚋脉宽调制技术机械工业出版杜.1995.[2]Ymarai.NewPvnnmethodforfullydigitledinvertem.IEEETRANSIA.1987[3:施阳国等语言精要厦动态仿真工具 SIMELINK.西北工,l大学出版牡1997.口。
基于FPGA的SVPWM系统研究及Simulink仿真
S V P WM( S p a c e Ve c t o r P u l s e d t h Mo d u l a t i o n) 即空 间 矢
C O S O ) t U b = 、 / 2 U a c o s ( w t 一 争1 T ) U c = x / 2 U m C O S ( t O t 一 争 ) 。 根据
GU O Ba o — z e n g ,W U L i — x i a o,XI ONG Xi a o — we i ,W U P e n g ・ f e i
( C o l l e g e o f E l e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n a l E n g i n e e r i n g, H e b e i U n i v e r s i t y , B a o d i n g 0 7 1 0 0 2 ,C h i n a )
J
量脉 冲宽度调制 。 它 是 从 空 间 电压 矢 量 的 角 度 出 发 而 得 到 的
一
种 新型调 制技术 【 1 ] 。相 比 于 一 些 传 统 的 调 制 方 法 ,应 用
电机定子三相绕组 的方向 , 将 这 三 相 电 压 分 别 加 在 三 相 绕 组 上 就 得 到 了定 子 各 相 的 空 间 电 压 矢 量 U a 、 u … U 各个 矢量 的
基于simulink的SVPWM仿真
摘要:介绍了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理,详细阐述了在仿真软件MATLAB/SIMULINK环境下实现SVPWM的方法,最后给出了仿真实验结果。
关键词: SVPWM; SIMULINK; MATLAB仿真Simulation of SVPWM based on SIMULINK Abstract:The basic principle of space-vector pulse width modulation is introduced and its arithmetic is presented in detail. The arithmetic is simulated by SIMULINK in MATLAB and the result is also given. Key words:SVPWM; SIMULINK; MATLAB simulationMATLAB是美国Math Works公司的产品,是一个高级数值分析、处理与计算的软件。
SIMULINK是MATLAB的进一步扩展,比传统的仿真软件更直观和方便其最为显著的特点是具有控制系统模型图形组态输入与仿真功能,只需在图形窗口画出所需分析、设计的控制系统方框图,软件本身就能对模型系统进行线性化处理和动态仿真。
采用SIMULINK仿真方法对SVPWM进行辅助设计,可通过计算机修改参数,直到获得理想的特性为止。
通过仿真研究,实现优化设计,这对高性能的变频调速系统具有一定的应用价值和现实意义。
电压空间矢量控制技术是把逆变器和交流电动机视为一体,以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作,磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。
目录摘要第1章 SVPWM的基本原理 (1)第2章SVPWM方法的算法 (3)2.1 扇区判断的算法 (3)2.2 扇区内矢量作用时间的算法 (3)2.3矢量切换点的算法 (7)第3章 SVPWM的SIMULINK仿真 (8)3.1SVPWM的各仿真模块 (8)3.2 3s/2s变换仿真的实现 (13)设计心得 (16)参考文献 (17)第1章 SVPWM 的基本原理SVPWM 实际是对应三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合。
基于Matlab_Simulink的SVPWM控制技术的仿真
第26卷第3期电站系统工程V ol.26 No.3 2010年5月Power System Engineering 56 文章编号:1005-006X(2010)03-0056-02基于Matlab/Simulink的SVPWM控制技术的仿真Simulation of SVPWM Control Technology based on Matlab/Simulink哈尔滨电站工程有限责任公司张进兴空间矢量PWM控制策略早在20世纪80年代初针对交流电动机变频驱动而提出,其主要思路在于抛弃了原有的正弦波脉宽调制(SPWM),而采用逆变器空间电压矢量的切换以获得准圆形旋转磁场,从而在不高的开关频率(1~3 kHz)条件下,使交流电动机获得了较SPWM控制更好的性能,主要表现在:SVPWM提高了电压型逆变器的电压利用率和电动机的动态响应性能,同时还减小了电动机的转矩脉动等。
另外,简单的矢量模式切换更易于单片微处理器的实现。
这种SVPWM控制之所以能改进SPWM驱动交流电动机时的不足,其关键在于SVPWM更加直接地控制了交流电动机的旋转磁场,虽然SVPWM不输出三相平衡PWM波形.但它不仅在静态,甚至在暂态期间都能形成准圆形旋转磁场。
而常规的SPWM则将控制重点集中在波形的改进上,以至在不高的开关频率条件下,难以产生较为完善的正弦波电压,即使开关频率较高,由于电压型变流器固有的开关死区延时,从而降低了电压利用率,甚至使波形畸变,因而难以获得更为满意的交流电动机驱动性能。
将SVPWM应用于VSR控制之中,主要继承了SVPWM电压利用率高、动态响应快等优点,目前应用于VSR的SVPWM技术主要是利用同步旋转坐标系(d,q)中电流调节器输出的空间电压矢量指令,再采用SVPWM使VSR的空间电压矢量跟踪电压矢量指令,从而达到电流控制的目的。
1 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理三相VSR不同开关组合时的交流侧电压可以用一个模为2Vdc/3的空间电压矢量在复平面上表示出来,由于三相VSR开关的有限组合,因而其空间电压矢量只有23=8种状态,如图所示。
经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建word资料7页
1 SVPWM 技术原理1.1 SVPWM 调制技术原理空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation),实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合,这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。
实践和理论证明,与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比,SVPWM 的优点主要有:(1) SVPWM 优化谐波程度比较高,消除谐波效果要比SPWM 好,实现容易,并且可以提高电压利用率。
(2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势,所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。
对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为:a mb mc m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩(2-23) 其中U m 为相电压的幅值,ω=2πf 为相电压的角频率。
图2.11为三相电压的向量图,在该平面上形成一个复平面,复平面的实轴与A 相电压向量重合,虚轴超前实轴ο90,分别标识为Re 、Im 。
在这个复平面上,定义三相相电压u a 、u b 、u c 合成的电压空间矢量out U r为:22j j j()332out a b c m 2()3t U u u e u e U e πππω--=++=r (2-24)图2.11 电压空间矢量三相电压型逆变器电路原理图如图2.12所示。
定义开关量a ,b ,c 和a ',b ',c '表示6个功率开关管的开关状态。
当a ,b 或c 为1时,逆变桥的上桥臂开关管开通,其下桥臂开关管关断(即a ',b '或c '为0);反之,当a ,b 或c 为0时,上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a ',b '或c '为1)。
经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建
1 SVPWM 技术原理1.1 SVPWM 调制技术原理空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation),实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合,这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。
实践和理论证明,与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比,SVPWM 的优点主要有:(1) SVPWM 优化谐波程度比较高,消除谐波效果要比SPWM 好,实现容易,并且可以提高电压利用率。
(2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势,所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。
对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为:a mb mc m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩(2-23) 其中U m 为相电压的幅值,ω=2πf 为相电压的角频率。
图2.11为三相电压的向量图,在该平面上形成一个复平面,复平面的实轴与A 相电压向量重合,虚轴超前实轴90,分别标识为Re 、Im 。
在这个复平面上,定义三相相电压u a 、u b 、u c 合成的电压空间矢量out U 为:22j j j()33outa b c m 2()3t U u u e u e U e ππω-=++= (2-24)图2.11 电压空间矢量三相电压型逆变器电路原理图如图2.12所示。
定义开关量a ,b ,c 和a ',b ',c '表示6个功率开关管的开关状态。
当a ,b 或c 为1时,逆变桥的上桥臂开关管开通,其下桥臂开关管关断(即a ',b '或c '为0);反之,当a ,b 或c 为0时,上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a ',b '或c '为1)。
基于Simulink的三相逆变SVPWM的仿真实现(精)
Simulink 是MTALAB 最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在实际设计之前利用Simulink 进行仿真不仅可以降低设计成本,还能及时发现设计中存在的问题,加以改正。
本文给出了基于Simulink 的SVPWM控制策略仿真的全过程和结果。
1SVPWM 的原理介绍SVPWM ,即空间电压矢量控制法,它的主要思想[1]是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,以三相逆变器不同开关模式作适当的切换,从而形成PWM 波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM 方法从电源的角度出发,以生成一个可调频调压的正弦波电源,而空间电压矢量控制法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑,模型比较简单,也便于微处理器的实时控制。
相比于传统的SPWM 法,SVPWM 有如下特点[2]:1)在每个小区间虽有多次开关切换,但每次开关切换只涉及一个器件,所以开关损耗小。
2)利用电压空间矢量直接生成三相PWM 波,计算简单。
3)逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压,比一般的SPWM 逆变器输出电压高15%SVPWM 控制的实现[3]通常有以下几步:(1)坐标的变换三相逆变系统有三组桥臂,设a 、b 、c 分别表示三组桥臂的开关状态,上桥臂导通下桥臂关断时其值为1,反之则为0。
那么可以得到三相逆变器输出的相电压和线电压之间的关系如下:V a V b V c 22222222=V dc 2-1-1-12-1-1-1222a b 22c(1)其中,V dc 为逆变桥直流电压,令U=[a,b ,c]表示一个矢量,当a 、b 、c 分别取1或者0的时候,该矢量就有8中工作状态,分别为[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1],如果我们用U 0和U 7表示零矢量,就可以得到6个扇区,三相控制可以用一个角速度为W=2πF 的空间矢量电压U 表示,当U 遍历圆轨迹时,形成三相瞬时输出电压,理论证明,当U 落入某一扇区后,用该扇区两边界矢量和零矢量去合成U 可以得到最佳合成效果。
基于SIMULINK的SVPWM仿真
随着微电子技术、计算机控制技术以及电力电 子技术的发展,正弦脉宽调制(SPWM)策略已广泛 应用于交流变频调速系统中,但是 SPWM 方法不 能充分利用馈电给逆变器的直流电压;SPWM 是基 于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输 出电流,但是仍会产生某些高次谐波分量,引起电 机发热、转矩脉动甚至系统振荡;另外,SPWM 适合 模拟电路,不便于数字化实现。在交流电机调速的 磁通轨迹控制思想的基础上,发展产生了电压空间 矢量脉宽调制(SVPWM)方法。SVPWM 物理概念清 晰。算法简单且适合数字化实现,在输出电压或电 机线圈电流中产生的谐波少,提高了对电压源逆变 器直流供电电源的利用率。
机调速等)、通信电源(电信、舰船、飞机)、逆变电 源、计算机电源、医疗、环保等系统中。
参考文献: [1]张占松,蔡宣三 . 开关电源的原理与设计[M]. 电子工业出
姨3
矢量切换点的计算 Tcml、Tcm2、Tcm3。由图 3 所示 (以第三扇区为例),可以得到矢量的切换点:Ta = (T-T1-T2)/4,Tb=(Ta +T1 /2),Tc=(Tb+T2 /2)。其他扇区 同理可以求得,整理结果如表 2 所示。
1 PWMA
-1 1 PWMB -1 1 PWMB -1
Tcm123
Scope1 pwm1
tcm1 pwm2
pwm3 tcm2
pwm4
pwm5 tcm3
pwm6 creatpwm
2 Constant
In1 Conn1 In2 In3 In4 Conn2 In5 In6 Conn3 Vdc inverter
图 10 系统仿真实现
wm K-
Tm
Gain Scope3
3 SVPWM 方法的算法[1][2]
三相电压型SVPWM整流器的SIMULINK建模与仿真
No.1
2007.1/2
船电技术 2007 年 第 1 期
三相电压型 SVPWM 整流器的 SIMULINK 建模与仿真
毛文喜 罗隆福
(湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082) 摘 要: 在建立了三相 PWM 整流器数学模型的基础上,将双闭环工程设计方法结合矢量控制策略应用于 SIMULINK 文章编号: 1003-4862( 2007) 01-0023-04
2 三相VSR主电路结构及基本原理
三相 VSR 的主电路结构如 图 1 所示,主要包括 交流侧的电感、电阻、直流电容 以及由全控开关器 件和续流二极管组成的三相整流电路。 ea 、 eb、 ec为电源电压, RL为负载电阻。 开关器件按采用的调制方法动作,由于输入 电感的滤波作用,整流器交流侧的输入可认为是
Vol.27
No.1
2007.1/2
2π 2π ⎤ ⎡ 2 ⎢ cosωt cos(ωt − 3 ) cos(ωt + 3 ) ⎥ T abc→dq = 3 ⎢ 2π 2π ⎥ ⎢− sinωt − sin(ωt − ) − sin(ωt + )⎥ 3 3 ⎦ ⎣
将以上变换作用于 (1)式,则得到整流器在两 相同步旋转 d-q 坐标系下的数学模型为:
PWM 整流器。 通过 MATLAB 的 SIMULINK 工具箱得到系统仿真结果, 验证了该模型和控制方法的可行性。 关键词: PWM 数学模型 空间矢量 中图分类号: TM 461.5 文献标识码: A
The Modeling and Simulation of Three-phase Voltage SVPWM Rectifier
4 空间矢量合成原理
三相 VSR 不同开关组合时的交流侧电压可以 用一个模为 2Udc/3 的空间电压矢量在复平面上表 示出来,由于三相 VSR 开关是双电平控制,其空 间电压矢量只有 23=8种,且 U0(0, 0, 0)、 U7(1, 1, 1)为零矢量 [4]。 空间矢量 PWM控制是通过分配
(整理)经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建
1 SVPWM 技术原理1.1 SVPWM 调制技术原理空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation),实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合,这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。
实践和理论证明,与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比,SVPWM 的优点主要有:(1) SVPWM 优化谐波程度比较高,消除谐波效果要比SPWM 好,实现容易,并且可以提高电压利用率。
(2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势,所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。
对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为:a mb mc m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩(2-23) 其中U m 为相电压的幅值,ω=2πf 为相电压的角频率。
图2.11为三相电压的向量图,在该平面上形成一个复平面,复平面的实轴与A 相电压向量重合,虚轴超前实轴90,分别标识为Re 、Im 。
在这个复平面上,定义三相相电压u a 、u b 、u c 合成的电压空间矢量out U 为:22j j j()332outa b c m 2()3t U u u e u e U e πππω--=++= (2-24)图2.11 电压空间矢量三相电压型逆变器电路原理图如图2.12所示。
定义开关量a ,b ,c 和a ',b ',c '表示6个功率开关管的开关状态。
当a ,b 或c 为1时,逆变桥的上桥臂开关管开通,其下桥臂开关管关断(即a ',b '或c '为0);反之,当a ,b 或c 为0时,上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a ',b '或c '为1)。
经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建
经典的SVPWM理论及Simulink 仿真搭建1 SVPWM 技术原理1.1 SVPWM 调制技术原理空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation),实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合,这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。
实践和理论证明,与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比,SVPWM 的优点主要有: (1) SVPWM 优化谐波程度比较高,消除谐波效果要比SPWM 好,实现容易,并且可以提高电压利用率。
(2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势,所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。
对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为:a mb mc m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩器三路逆变桥的组态一共有8种。
对于不同的开关状态组合(abc ),可以得到8个基本电压空间矢量。
各矢量为:22j j dc33out 2()3U U a be ce ππ-=++r(2-25)则相电压V an 、V bn 、V cn ,线电压V ab 、V bc 、V ca 以及out()U abc r的值如下表2-1所示(其中U dc 为直流母线电压)。
ac'b'a'bcU dcABCZ图2.12 三相电压型逆变器原理图表2-1 开关组态与电压的关系a b c V an V bn V cn V ab V bc V ca outU ρ0 0 00 01 0 0 2U dc /3 -U dc /3 -U dc /3 U dc 0-U dcdc 23U0 1 0 -U dc/3 2U dc/3 -U dc/3-U dc U dc02323jdcU eπ1 1 0 U dc/3 U dc/3 -2U dc/30 U dc-U dc323jdcU eπ0 0 1 -U dc/3 -U dc/3 2U dc/3 0-U dc U dc4323jdcU eπ1 0 1 U dc/3 -2U dc/3U dc/3 U dc-U dc5323jdcU eπ0 1 1 -2U dc/3U dc/3 U dc/3-U dc0 U dc23jdcU eπ1 1 1 0 0 0 0 0 0 0可以看出,在8种组合电压空间矢量中,有2个零电压空间矢量,6个非零电压空间矢量。
SVPWM算法理解、Simulink仿真及程序编写
SVPWM算法理解、Simulink仿真及程序编写SVPWM算法理解、Simulink仿真及程序编写1. 空间⽮量理解三相逆变器中,三相电压若分开描述则较繁琐,故将三相电压量⽤⼀个合成量表⽰(该合成量能保持三相信息的完整性),则三相问题简化为单相(复数)问题。
相似于坐标变换。
三相电压 a = k sin x ; b = k sin (x-120) ; c = k sin (x+120) 。
空间⽮量电压 V = Re+ j Im = 1.5k e^j {x-90} ; 其轨迹为圆。
对于任⼀三相电压状态,只有唯⼀空间⽮量电压点 与之对应;对于任⼀空间⽮量电压点,亦只有唯⼀三相电压状态 与之对应。
两者相互转换。
举⼀个常见的例⼦,在两电平三相逆变电路中,如下。
开关管导通状态有 000~111 ,共8种。
其表⽰意义为 “abc”3桥臂 ,“1”上半桥臂导通。
由开关管导通状态 得到 三相电压状态 如表格中所⽰,将 三相电压状态 转换为 空间电压⽮量 表⽰如下所⽰。
在空间电压⽮量 中很清晰得到开关管导通顺序:a(110001…); b ( 011100… ) ; c ( 000111 )联系第⼀段的理论基础,6个空间⽮量组成的 空间电压⽮量 是个不规整的圆,故其得到的三相电流 亦⼗分失真。
然⽽能够 通过使相邻两个⽮量(和适当的零⽮量)短时间内 交替作⽤,似于 合成新的空间⽮量,使得 圆规整些、三相电流趋于正弦。
这种合成“新”⽮量 的⽅法便是 SVPWM。
2. SVPWM算法主要包括3个部分:判断参考电压⽮量Uref所在扇区;计算相邻空间⽮量的作⽤时间;根据作⽤时间合成三相PWM信号。
参考电压⽮量Uref 所在扇区判断空间扇区定义如下所⽰;图中Ud为逆变器主电路的直流母线电压,⽮量幅值为2Ud/3。
根据恒幅值clack变换推得。
计算相邻两电压空间⽮量的作⽤时间根据作⽤时间合成三相PWM信号3. Simulink 仿真采⽤恒幅值变换将 三相变换为两相 作为svpwm1程序的输⼊;余下2输⼊分别为 采样时间和直流侧母线电压;svpwm1输出的调制信号经三⾓载波调制后输出的PWM波B点电势B相负载上的电压、电流波形。
滞环SVPWM整流器的Simulink仿真
为
△I = I3 - I
(2)
将式 (2)代入式 (1) ,整理得
L d△I = E +L dI3 - V
(3)
dt
dt
由式 (3)可知 ,若要获得零误差电流响应 ,则三
相 VSR输出指令电压矢量 V3 应满足 :
V3 =L dI3 - E
(4)
dt
对于 三 相 VSR 共 有 23 = 8 条 空 间 电 压 矢 量
规则 2:当 | △I | ≤Iw 时 ,原有 Vk ( k = 0, …, 7)不 切换 ,从而在限制平均开关频率的同时 ,增加了 SVP2 WM 控制的稳定性.
明确了 Vk 选择的原则后 ,现在根据矢量 V3 及 △I的空间区域具体选择 Vk ( k = 0, …, 7) .
任意设定矢量 V3 、△I所在区域 ,若先假设矢量 V3 处于 V I区 ,矢量 △I处于 ⑥区 ,如图 4所示.
参考电压矢量 V3 ,可以选择合适的三相 VSR 空间
电压矢量 Vk ( k = 0, …, 7) ,来控制误差电流矢量的 变化率 d△I / d t,从而控制误差电流矢量 △I.
图 2为基于不定频滞环的三相 VSR SVPWM 电
流控制原理图. 这种控制策略是将指令电流 i3a 、i3b 、 i3c 与反馈电流 ia 、ib、ic 通过定环宽的滞环比较单元 , 输出相应的比较状态值 B a 、B b、B c , 并通过对指令电 压矢量 V3 的区域判别 ,最终由空间电压矢量选择逻
基于Simulink和dSPACE的SVPWM的实时仿真
张 名 龙 吴 庆 彪 吴 瑞 岩 邓 开 连
摘 要
( 东华 大学 , 海 2 1 2 ) 上 0 6 0
分 析 了空 间 电压 矢 量脉 宽 调 制 ( V WM ) S P 的基 本 原 理 , 出 了具体 的 算 法 步骤 。介 绍 了基 于 Sruik和 d P C 给 i l n n S A E快 速 控 制原 型的 开 发 流 程 , 立 了 S P 建 V WM 的仿 真 模 型 , 并将 S P V WM 算 法 下 栽 到 d P CE的 实 时硬 件 中 , SA 实现 了对 逆 变 器智
能 功 率模 块 的 实 时控 制 。 实验 结 果 表 明 , 于 d P CE 系统 能够 快 速验 证 算 法 的 可行 性 , 短控 制 系统 的 开 发 周期 , 高开 基 SA 缩 提
发 质量 。
关 键 词 : 间 矢 量脉 宽调 制 , i u n , S A E 快 速控 制 原 型 , 空 Sm lk d P C , i 实时 仿 真
空 间 电 压 矢 量 脉 宽 调 制 ( V WM) 满 足 圆 形 气 隙 磁 场 要 S P 是 求 的 控 制 方 法 , 有 降 低转 矩 脉 动 , 小 波 形 畸 变 , 高 直 流 电 具 减 提 压 利 用率 , 于数 字 化 实现 等 优 点 , 易 目前 广 泛 用 于 交 流 电 机 调 速
() 6
基 本 空 间 矢 量 V 和 V , 据 平均 值 等 效 原 理 , : 2根 得
=
Vt 1, +
死 区控 制 ,从 而 实 现
了对 电 动 机 驱 动 板 上 的 I M 模 块 的 实 时 P
其 中 ,s 开 关 周 期 , 为 开 关 矢 量 V 的作 用 时 间 , 为 开 T为 t c 2
经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建
1 SVPWM 技术原理1.1 SVPWM 调制技术原理空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation),实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合,这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。
实践和理论证明,与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比,SVPWM 的优点主要有:(1) SVPWM 优化谐波程度比较高,消除谐波效果要比SPWM 好,实现容易,并且可以提高电压利用率。
(2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势,所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。
对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为:a mb mc m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩(2-23) 其中U m 为相电压的幅值,ω=2πf 为相电压的角频率。
图2.11为三相电压的向量图,在该平面上形成一个复平面,复平面的实轴与A 相电压向量重合,虚轴超前实轴90,分别标识为Re 、Im 。
在这个复平面上,定义三相相电压u a 、u b 、u c 合成的电压空间矢量out U 为:22j j j()332outa b c m 2()3t U u u e u e U e πππω--=++= (2-24)图2.11 电压空间矢量三相电压型逆变器电路原理图如图2.12所示。
定义开关量a ,b ,c 和a ',b ',c '表示6个功率开关管的开关状态。
当a ,b 或c 为1时,逆变桥的上桥臂开关管开通,其下桥臂开关管关断(即a ',b '或c '为0);反之,当a ,b 或c 为0时,上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a ',b '或c '为1)。