空间矢量控制

（1 ，0 ，0）
扇区6 扇区 5
? 5 V
2 -1 -1 vd 1 = VS Db vq 3 0 3 -3
（1 ，0 ，1 ）
Sa Sc
C
当开关状态为4（100）时，
2 2 1 Vd = VD , Vq = 0,VAN = VD , VBN = VCN = - VD 3 3 3
v CQ v
BQ
= b S 1 = S 1 c V D =vvv
ABAQBQ
S b S
c
V D = S 1 c V D
= b S 1
V D
= S 1 c V
D
V
D
= b S 1
w t
w t
w t w t
v
AB
v BC v CA v AN
=vv
BQCQ
=vvv
w t
i A
CACQAQ
w t
i B
f
v BN v CN
0
V1 V5 V4 V6 V2 V3 V1
●通过三相到二相坐标变换，逆变器的控制运行放
到正交坐标系中进行分析可以使问题简化 B
V2

V6

V3

V7

V0
V4

ห้องสมุดไป่ตู้

A
V1
C

V5

B 2 V
?
6 ? V （ 0， 1， 0） （1， 1， 0）
iD T1
P T3 A T4 Q iA T6 B iB T2 T5 N iC
电压空间矢量定义
由开关变量的定义有：
==-=vSVvvvSSV AQaDABAQBQabD ==-=vSVvvvSSV BQbDBCBQCQbcD ==-=vSVvvvSSV CQcDCACQAQcaD () () ()
（ 4）
逆变器输出与开关变量的关系写为矩阵形式为：


t V t V t =V T V 0 0 4 4 6 6 r S t0 t4 t6 = TS
电压空间矢量调制原理
Vplm 解得方程： TT=- 3sin(60)(9)
4 S o
VD Vplm = TT 3sin()(10) 6 S VD Vplm TT0 =-[13cos(30)](11) S VD
式子中， 为
o o
（1）
为相电压基波幅值，角频率 ，f为基波电压频率
三相对称电量的矢量表示
B轴
V ?
? 120
= VVjV
dq ?
w = t
60 ?
V ?
C轴
图1：旋转矢量图
式（1）的三个相电压瞬 时值可以用下图中的一个以 角速度w＝2 f 在空间旋转的 = V jV ) 在 电压矢量 V(V d q A轴 A、B、C各相轴线上的投影 的大小为相电压幅 表示， V 以角速度 w 逆时 值 V plm 。 V 针方向旋转。在任意时间t， 的相位角为 ＝w t 。
电压空间矢量调制原理
B 2 V
? ? 6 V
= D j ? 60 Ve 3 2 V 6 ?
r V ?
3 ? V
7 V ?
0 V ?
4 V
?
r ? V
A
? 0 V

7 ? V
扇区1
? D j 0 ? 4 V
= Ve 3 2
1 ? V
5 V ?
C
j e 假设参考电压V r＝ 在第一扇区（如图7所示），用 V plm V0 ， 时间内所产生的 T V r在 V4， V 6 来近似等效，其含义是矢量 S 积分效果和V 0 ， V 4， V 6 作用 t 0 , t 4 , t 6 时间的积分效果相同， 方程如下：
主要内容：
两电平逆变器的工作原理 电压空间矢量PWM调制原理
参考书籍： 《电力电子学——电力电子变换和控制技术》 陈坚，高等教育出版社
三相对称电量的矢量表示
设三相交流系统各相电压为：
ww= vtVt ()cos ANplm
ww=vtVt ()cos(120) BNplm ww=vtVt ()cos(240) CNplm
把式子（3）带入（7）式可得到逆变器输出的空 间矢量表达式：
2 vd 1 = VS Db vq 3 0 Sa -1 -1 3 -3 Sc
（ 8）
把(Sa，Sb，Sc)的8种取值带入（8）式可得到空间矢量图
电压空间矢量图
B 2 V
? ? V 6
-1/3
-2/3 1/3 0
-1/3
1/3 -2/3 0
表1 开关状态及逆变器输出电压
iD T1 VD T4
两电平逆变器原理
P
T3 T5
P A
R
A iA
T6
B iB
T2
C
D N V
iC
N
R B R C Q
Q
VBN=VCN=-1/3*VD
(Sa，Sb，Sc)=(1,0,0)时，VAN=2/3*VD ，
i
两电平逆变器原理
T
1
D
P
i
T
3 A
T
5
V
D
A
T
4
T
6
B
i
B
T
2
C
i
C
Q 图2：两电平逆变器原理图
两电平逆变器的每一 桥臂上具有 2 个三极管、 2个反向恢复二极管。 以 A 相电路为例 ( 定义 N P点电位为 ，Q点电位 为0)，当 V 导通时， A点 D 电位为 T1；当 导通时， VD 0； T2 A点电位为
D
电压空间矢量PWM控制
从两电平逆变器的6个处于空间特点位的开关状态 矢量中，选择两个相邻的矢量与零矢量合成一个等效 的旋转空间矢量，通过调控合成矢量的大小和旋转速 度，来实现三相逆变器输出电压和频率的调控方式， 称为电压空矢量PWM控制。
电压空间矢量PWM控制调制步骤： ●确定三相桥臂终端参考电压合成矢量； ●确定参考电压合成矢量落在第几扇区； ●根据一定的开关矢量选择规律确定实际的开关矢量及 其作用顺序； ● 根据参考电压合成矢量及选定的开关矢量计算相应的 开关矢量作用时间。
（0，1，0）
（1，1，0）
扇区2
3 ? V （0，1，1）
扇区3
? 7 V
? 0 V
（1，1，1）
扇区 1
（0，0，0）
4 ? V
A
vS ANa 1 =-vVS BNDb 3 vS CNc
211-121 -112
扇区4
1 ? V 0 0 1 （ ， ， ）
VD
v AN
VD
vBN
VD
vCN
VD
V0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7
0 0 -1 -1
0 -1 1 0
0 -1 0 1
0 -1/3 -1/3 -2/3
0 -1/3 2/3 1/3
0 2/3 -1/3 1/3
100
101 110 111
1
1 0 0
0
-1 1 0
-1
0 -1 0
2/3
1/3 1/3 0
扇区2
7 3（ 0， 1， 1） ? V V ? （ 1， 1， 1）
扇区3
0 ? V
扇区 1
（ 0， 0， 0）
? V 4
A
VD
C
扇区4
1 V ? （ 0， 0， 1）
（1 ，0 ， 0）
扇区 6 扇区5
5 ? V
（1 ，0 ，1 ）
C
通态开关器件 T 状态
S
a
456 561 612 123 234 345 456 561 612 123 234 345 456 561 612 123 234 345 1 5 a 6 2 3 1 5 a 6 2 3 1 5 a 6 2 3 = 1 4 S = = 1 4 S 1 4 S D AQ V v V D
vS ABa =vVS BCDb vS CAc
110011 -101
（ 5）
电压空间矢量定义
同时逆变器输出线电压与相电压有如下关系： -= vvv ANBNAB -= vvv BNCNBC -= CNANCA vvv = vvv ANBNCN vv 101 ANAB 1 =vv 110 BNBC 3 vv 011 CNCA （ 6）
当 T1 ，T2 轮流导通时，即可在A点得到 VD，0 两个电平，故称之为两电平逆变器。
开关矢量定义
如果引入A、B、C桥臂的开关变量为 Sa , Sb , Sc，定义
Sb = Sc = ， ， 则 VD VD VD 当 T1导通， T4 截止时， Sa = 1，这时 vAQ = SaVD = 1 ；反之则 == 0。 Sa = 0 ，这时 vSV AQaD Sb = 1 ，这时vBQ = SbVD = 1 ；反之则 当 T3导通，T6 截止时， Sb = 1 ，这时vBQ = SbVD = 0 。 Sc = 1，这时vCQ = ScVD = 1 ；反之则 当 T5 导通， T2 截止时， Sc = 1 ，这时vCQ = ScVD = 0。 Sa = vAQ vBQ vCQ
结论：一定条件下，6个非零开关状态矢量下逆变器输出 ＝ w t = 0 ， 60 ,120 ,180 ， 240 ,300 对应于（1）式中 的值
180 导电型三相逆变器空间矢量远行规律
●如果按照
0
的切换关系来控制逆变器（每个状态保持60 电角 度时间），其输出等效于1800导电型三相逆变器的 输出
w t w t
i
f f
C
w t
电压空间矢量调制原理
电压空间矢量PWM法，是以三相对称 正弦波电压供电是交流电动机的理想磁通 为基准，用逆变器不同的开关模式所产生 的实际磁通去逼近基准圆磁通，由比较结 果决定逆变器的开关顺序，形成所需的 PWM波形的调制方法。（物理意义定义） 传统的SPWM三相逆变器是利用等效原 理（伏秒平衡原则）各相单独进行调制。 而电压空间矢量PWM法通过坐标变换在正 交坐标系中对三相输出作为整体进行调制。
电压空间矢量作用顺序的确定
由于Vd = V cos w t，Vq = V sin w t 则
www == vtVtVtV ()coscos ANplm
oo www =-=-=- vtVtVtVV ()cos(120)cos(120) BNplm oo www =-=-=-vtVtVtVV ()cos(240)cos(240) CNplm
＝d
13 dq 22 13 dq 22
B轴
120 ? = d q VjV V V ? ? 60 ? = t wA轴
V ?
C轴
即：
w vt AN ()1 w =vt BN ()1/23/2(2) w vt ()1/2 CN
0 - 3/2
0
则逆变器输出相电压与开关变量有如下关系：
vS ANa 1 =-vVS BNDb 3 vS CNc 211-121 -112 （ 7）
电压空间矢量定义
-11/21/2 Vd 2 = Vq 3 03/23/2 v AN vBN vCN (3)

o

在一个开关周期中设置零矢量的作用时间 t 0 ，可以调 t 0 大，输出电压将减小， 控输出电压的大小。 V 一定时， 各个矢量的作用时间决定了输出电压 Vr 具有一点相位角和 相应的输出电压大小。最大的输出电压对应于 t 0 = 0 参考电压 V r 在其它扇区时可以得到类似的控制规律。 只是所选矢量和时间计算公式不同。
Vd Vq
三相对称电量的矢量表示
由式（1）可知 vAN vBN vCN = 0 可得到： ，由式（2）
- 11/21/2 Vd 2 = Vq 3 03/23/2
-
v AN vBN vCN
(3)
式（2）表明三相负载相电压可以用一个空间矢量 V （电机里的旋转磁通）表示，矢量与三相电压的关 系如（3）所示。 上面的关系本质上是一个三相坐标到二相坐标的变换， 这样便于问题的分析
逆变器每个桥臂输出端电压可用各桥臂的开关变量和电 源电压 VD 的乘积表示，整个三相逆变器的输出电压则由A、 B、C三相桥臂的开关变量 Sa , Sb 共同组合确定。 , Sc
输出电压矢量表
逆变器 状态及 输出电 压矢量
Sa , Sb , Sc vAB
000 001 010 011
VD
vBC
VD
vCA
电压空间矢量等效关系
B 2 V
?
6 V ?
B轴
120 ?
V ? 4
3 V ?
? 7 V
? 0 V
A
= d q VjV V V ? ? 60 ? w A 轴 = t
V 1
?
5 ? V
V ? C轴
C
若取 Vplm 变器开关状态4的结果一致
2 = VD , w t = 0 则由式子（1）得出的相电压与逆 3