SVPWM电压矢量控制ppt课件

2 3
(u
A
uBe j
uCe j2
)
13
8个基本空间矢量
PWM逆变器共有8种工作状态
当 SA SB SC 1 0 0
uA
uB
u
C
Ud 2
Ud 2
Ud 2
u1
2 Ud (1 e j e j2 ) 32
2
Ud
j 2
(1 e 3
j 4
e 3
)
32
2 Ud [(1 cos 2 cos 4 ) j(sin 2 sin 4 )]
3
2 Ud (1 j 3) 32
2U 3
d
e
j
3
依此类推，可得8个基本空间矢量 。
15
8个基本空间矢量
6个有效工作矢量
u1 u6
幅值为
2U 3
d
空间互差
3
2个零矢量 u0、u7
16
基本电压空间矢量图
图5-24 基本电压空间矢量图
17
正六边形空间旋转磁场
6个有效工作矢量 u1 u6
顺序分别作用△t时间，并使
SPWM的基波线电压最大幅值为
U' lm m ax
3U d 2
两者之比
U lm max U'
lm m ax
2 1.15 3
SVPWM方式的逆变器输出线电压基波最大 值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压 最多提高了约15%。
33
SVPWM的实现
通常以开关损耗和谐波分量都较小为 原则，来安排基本矢量和零矢量的作用 顺序，一般在减少开关次数的同时，尽 量使PWM输出波型对称，以减少谐波 分量。
Ud
3
Ud
6
当
6
t1 t2 T0
输出电压矢量最大幅值
usmax
Ud 2
31
期望电压空间矢量的合成
当定子相电压为三相平衡正弦电压时， 三相合成矢量幅值
Us
3
U 2
m
基波相电压最大幅值
Ummax
2 3
us
max
Ud 3
基波线电压最大幅值 Ulmmax 3Ummax Ud
32
期望电压空间矢量的合成
电压空间矢量PWM（SVPWM） 控制技术
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，这种 控制方法称作“磁链跟踪控制”，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 ， 所 以 又 称 “ 电 压 空 间 矢 量 PWM （SVPWM，Space Vector PWM）控制”。
1
空间矢量的定义
交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物 理量都是随时间变化的，如果考虑到它们所 在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。 定义三相定子电压空间矢量
uAO kuAO uBO kuBOe j uCO kuCOe j2
2
3
k为待定系数
2
空间矢量的合成
三相合成矢量
us uAO uBO uCO kuAO kuBOe j kuCOe j2
空间矢量功率表达式
p' =Re(usis' ) Re[k 2 (uAO uBOe j uCOe j2 )(iAO iBOe j iCOe j2 )] k 2 (uAOiAO uBOiBO uCOiCO ) k 2 Re[(uBOiAOe j uCOiAOe j2 uAOiBOe j uCOiBOe j uAOiCOe j2 uBOiCOe j )]
24
期望电压空间矢量的合成
六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将 导致转矩与转速的脉动。 要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就 必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量 以供选择。 PWM逆变器只有8个基本电压矢量，能否用 这8个基本矢量合成出其他多种不同的矢量呢？
25
期望电压空间矢量的合成
按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻 的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量， 这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基 本思想。 按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对 称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某 个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻 的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。
t 31
每个有效工作矢量作用
3
6个有效工作矢量完成一个周期，输出基波
电压角频率
1
3t
18
正六边形空间旋转磁场
定子磁链矢量的增量 ψs = ust
ψs (k) us (k)t
2U 3
d
t
e
j
(
k
1) 3
k=1,2,3,4,5,6
定子磁链矢量运动方向与电压矢量相同，
增量的幅值等于
2U 3
d
t
19
32
3
3
33
2U 3
d
14
8个基本空间矢量
当 SA SB SC 1 1 0
uA
uB
uC
Ud 2
Ud 2
Ud 2
u2
2
Ud
(1 e j
e j2 ) Ud
j 2
(1 e 3
j 4
e 3
)
32
2
2 Ud [(1 cos 2 cos 4 ) j(sin 2 sin 4 )]
32
3
3
3
is、is' 共轭矢量
5
空间矢量表达式
考虑到
iAO iBO iCO 0
2
3
p' =
3 2
k 2 (u i AO AO
uBOiBO
uCOiCO )
3 2
k2
p
三相瞬时功率 p=u i AO AO uBOiBO uCOiCO
按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则
k 2 3
6
空间矢量表达式
46
47
26
期望电压空间矢量的合成
按6个有效工 作矢量将电压 矢量空间分为 对称的六个扇 区，每个扇区 对应
3
图5-27 电压空间矢量的6个扇区
27
期望电压空间矢量的合成
基本电压空间矢量
u1 u2
的线性组合构成期望的
电压矢量 us
期望输出电压矢量
与扇区起始边的夹角
图5-28 期望输出电压矢量的合成
28
形（简称为磁链圆）。
定子磁链矢量
ψs
e j(1t )
s
定子电压矢量
us
d dt
( se j(1t ) )
j e e j(1t) 1s
j
(1t
2
)
1s
11
电压与磁链空间矢量的关系
图5-22 旋转磁场与电压空 间矢量的运动轨迹
图5-23 电压矢量圆轨迹
12
电压空间矢量
直流电源中点O’和交流电动机中点O的电位 不等，但合成电压矢量的表达式相等。
us
2 3 (uAO
uBOe j
uCOe j2
)
is
2 3
(iAO
iBOe j
iCOe j2
)
ψs
2 3
(
AO
BOe j
COe j2
)
7
空间矢量表达式
当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三 相合成矢量
us uAO uBO uCO
2 3
[U
m
cos(1t) Um
cos(1t
2
合成空间矢量表示的定子电压方程式
us
Rs i s
dψ s dt
忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成 磁链空间矢量的近似关系为
us
dψ s dt
或 ψs usdt
10
电压与磁链空间矢量的关系
当 电 动 机 由 三 相 平 衡 正 弦 电 压 供 电 时 ，
电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以
恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆
期望电压空间矢量的合成
在一个开关周期 T0
u2 的作用时间 t2
u1 的作用时间 t1
合成电压矢量
us
t1 T0
u1
t2 T0
u2
t1 T0
2U 3
d
t2 T0
2U 3
d
e
j
3
图5-28 期望输出电压矢量的合成 29
期望电压空间矢量的合成
由正弦定理可得
t1 T0
2U 3
d
sin( )
t2 T0
因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。
us uAO uBO uCO
2 3 (uAO
uBOe j
uCOe j2 )
2 3 [(u A
uOO' ) (uB
uOO' )e j
(uC
uOO' )e j2 ]
2 3
[uA
uBe j
uCe j2
uOO' (1 e j
e j2
)]
2U 3
d
sin
us
sin 2
解得
3
3
t1
2usT0 sin( )
Ud
3
t2
2usT0 sin
Ud
零矢量的作用时间 t0 T0 t1 t2
30
期望电压空间矢量的合成
两个基本矢量作用时间之和应满足
t1 t2 2us [sin( ) sin ] 2us cos( ) 1
T0
要保持正六边形定子磁链不变，必须使
Ud 常数
1 在变频的同时必须调节直流电压，造成了控 制的复杂性。
22
正六边形空间旋转磁场
有效的方法是插入零矢量 当零矢量作用时，定子磁链矢量的增量
ψs = 0
表明定子磁链矢量停留不动。
23
正六边形空间旋转磁场
在直流电压不变的条件下，要保持| ψs (k) | 恒定，只要使△t1为常数即可。 输出频率越低，△t越大，零矢量作用时间 △t0也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越 长。 由此可知，零矢量的插入有效地解决了定子 磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾。
38
零矢量分散的实现方法
每个周期均以零矢量开始，并以零 矢量结束。 从一个矢量切换到另一个矢量时， 只有一相状态发生变化。 在一个开关周期内，三相状态均各 变化一次，开关损耗略大于零矢量 集中的方法。
39
总体仿真图 40
激励
41
SVPWM
42
Ed-Uabc
43
开关函数
44
45
总体仿真图
3
)e j
Um
cos(1t
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4
3
)e j2
]
3U 2
m
e
j1t
U se j1t
8
空间矢量表达式
以电源角频率为角速度作恒速旋转的空 间矢量，幅值
Us
3
U 2
m
在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转 速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量 的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度 在空间作恒速旋转。
9
电压与磁链空间矢量的关系
uAO 0 uBO 0 的合成矢量
uCO 0
图5-21 电压空间矢量
3
空间矢量的定义
定子电流空间矢量
is iAO iBO iCO kiAO kiBOe j kiCOe j2
定子磁链空间矢量
ψs ψAO ψBO ψCO
k AO k BOe j k COe j2
4
空间矢量表达式
34
零矢量集中的实现方法
按照对称原则，将两个基本电压矢量的作 用时间平分为二后，安放在开关周期的首端 和末端。 零矢量的作用时间放在开关周期的中间， 并按开关次数最少的原则选择零矢量。 在一个开关周期内，有一相的状态保持不 变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有 一相状态发生变化，因而开关次数少，开关 损耗小。
正六边形空间旋转磁场
定子磁链矢量的运动轨 迹为
图5-25 定子磁链矢量增量
ψs(k 1) ψs(k) ψs(k) ψs(k) us(k)t
20
正六边形空间旋转磁场
在一个周期内， 6个有效工作矢量 顺序作用一次， 定子磁链矢量是 一个封闭的正六 边形。
图5-26 正六边形定子磁链轨迹
21
正六边形空间旋转磁场
35
零矢量集中的实现方法
图5-29 零矢量集中的SVPWM实现
36
零矢量分散的实现方法
将零矢量平均分为4份，在开关周期 的首、尾各放1份，在中间放两份。 将两个基本电压矢量的作用时间平分 为二后，插在零矢量间。 按开关次数最少的原则选择矢量。
37
零矢量分散的实现方法
图5-30 零矢量分布的SVPWM实现