空间矢量脉宽调制仿真及其谐波分析

当幅度调制比 ma 降低的时候 ,输出 电压和电流总谐变 率就会相应的增加 (图 5(B) - 7(B) ) ;
当频率调制比 mf 增加的时候 , 输出 电压和电流总谐变率 就会相应的降低 (由 图 7(C) - 9(C) ) 。
4 结论
根据空间矢量调制的三相逆变器的仿真模型 及其仿真结果 ,可以得到如下几点结论 :
输出电压的谐波成分主要集中在频率 mf F1 处 , 这是 SVPWM 调制的内在特征 ;
频率调制比 mf 对合成电压矢量的分布模式有 着很重要的影响 , 为了获得对称的输出 , mf 应当被 选择为 6 的整数倍 ;
输出电压中含有偶次谐波 ; 增加幅度调制比 ma 和频率调制比 mf 可以降 低输出电压总谐变率 。
窦汝振 (1976 - ) ,男 ,工学博士 ,研究 方向为电动汽车及其驱动技术 。
刘 均 (1977 - ) ,男 ,工学硕士 ,研究方向为异步电机控制 、计 算机测控系统 。
收稿日期 : 2004 - 02 - 27
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根据该结论可知 , 通过调节参数幅度调制比 ma 和频率调制比 mf , 就可以达到有效的减小和抑 制 SVPWM 中产生的谐波 ,为更有效地抑制 SVPWM 中产生的谐波 、扩大 SVPWM 的应用提供了理论基 础。
间电压矢量合成原理及
空间矢量分布图 , 可以
推得各个扇区内的开关
序列表 ,如表 1 所示。
3 空间矢量调制 (SVPWM) 的仿真
基于上述 SVPWM 的作用原理 , 为了验证 该方法的实用性和分 析其谐波问题 , 利用 SIMUL IN K 仿真工具对 此方法进行了仿真研 究。
仿真参数设置如 下:
简单起见 ,设置 Ton = Toff = 0。 图 4 和图 5 分别给出了在相同工况下 ,按照本 文方法进行补偿前后电机稳态运行时的仿真结 果。
其中 : n = 300 rpm , Te = 16 Nm。 可以看出 ,进行补偿后有效改善了死区效应引 起的电流畸变 , 消除了谐波 , 同时提升了电流输出 能力 。
个载波周期 Ts 内的作用时间 , 依上式就可求出个
开关模式在一个载波周期内的作用时间 :
T1 = TS ma sin ( - θ+ π/ 3)
( 4)
T2 = TS ma sinθ
( 5)
ma = 3 Vref / Vd
( 6)
式中 , ma 表示幅度调制比 ,θ表示合成空间电压矢
量与参考矢量之间的夹角 。
(华中科技大学 电气与电子工程学院 , 湖北 武汉 430074)
摘要 : 在深入分析空间矢量脉宽调制机理的基础上 , 通过 SIMULINK给出了其仿真波形 , 重点对 SVPWM的仿
真结果进行了谐波分析 , 得到了 SVPWM谐波分布的主要特点及影响其谐波分布的几个主要因素 , 为更有效
消除 SVPWM谐波污染提供了理论基础和指导 。
参考文献 : [ 1] Habctler TG. A space vector-based rectifier regulator for ac/ dc
/ ac converters[J ]. IEEE Trans. Power Elec ,1993 ,8(1) :33 - 36.
[ 2]Bowes S R ,Lai Y S. The relationship between space-vector modulation and regular-sampled PWM[J ] . IEEE Trans. on Industrial Electronics ,1997 ,44(5) :670 - 679 .
·年 第 1 期
例如 , 当空间矢量落入扇形区域 I 时 , 如图 3 所示 ,依矢量合成原理可得到 :
T1 V1 + T2 V2 + T0 V0 = TS Vref
( 2)
T1 + T2 + T0 = TS
( 3)
式中 : T1 , T2 和 T0 分别为矢量V1、V2 和零矢量在一
( 100) , V2( 110) , V3( 010) , V4( 011) , V5( 001) , V6( 101) ,
V7(111) 。由变换式 (1) 可得 , 这 8 种开关模式在复
平面上分别产生 8 种电压矢量 , 其中V1～V6 6 个开 关模式产生输出电压 , 而V0、V7 2 个开关模式不产 生输出电压 ,称为零矢量 。这 8 个电压矢量将复平 面分为 6 个区域 , 如图 2 所示 , 按照平行四边形法 则 ,利用这 8 个空间矢量可以合成在六变形区域内 的任何输出电压矢量 。
of Dead- Time Effects in PWM Inverters. IEEE Trans. on IE , 1991 ,38(2) . [ 2]David Leggate ,Russel J . Kerkman. Pulse-Based Dead- Time Compensator for PWM Voltage Inverters. IEEE Trans. on IE ,1997 , 44(2) . [ 3] Takashi Sukegawa , Kenzo Kamiyama , Katsuhiro Mizuno , Takayuki Matsui , Toshiaki Okuyama , Fully Digital. Vector-Controlled PWM VSI-Fed ac Drives with an Inverter Dead- Time Compensation Strategy. IEEE Trans. on IA ,1991 ,27(3) . 作者简介 :
ulation waveforms are illustrated by the use of Simulink. The foundational features of the harmonic distributions of SVPWM
and the dominant factors affecting the distributions are obtained through the analysis on the harmonics of the waveforms ,
本文首先阐述了空间矢量调制 ( SVPWM) 的基 本原理 , 然后给出了仿真波形 , 针对空间矢量调制 中出现的谐波问题 ,文章进行了较为详细的分析和 论述 , 得到了影响 SVPWM 谐波分布的几个主要因 素 ,从而为其在实际应用中消除谐波污染提供了可 靠的理论依据 。
2 电压空间矢量脉宽调制 (SVPWM) 原理
关键词 : 空间矢量脉宽调制 ; 谐波 ; 仿真
中图分类号 : TM921. 52
文献标识码 : A
Simulation and harmonic analysis of SVPWM
KANG Xian-wei , YU Ke-xun , LIU Zhi-hua
( Huazhong University of Science and Technology , Wuhan 430074 , China) Abstract : Based on the analysis of the characteristics of space vector pulse width modulation( SVPWM) , a series of sim2
(下转第 22 页)
·22 ·
电气传动自动化
2005 年 第 1 期
4 仿真结果与分析
基于本文给出的补偿方法 ,对一台异步电机驱 动系统进行了仿真研究 ,图 3 为其矢量控制系统结 构图 。
主要参数为 : 直流母线电压 Vd = 300 V , Td = 3. 6μs。电机
PN = 20 kW , IN = 86 A , TN = 53. 6 Nm , nN = 3600 rpm , 逆变器开关频率 10 K。
压波形的不对称 。抽 样点的不同主要是 来源于计算机在数 字化处理时产生的 误差 。为了使得输出 波形对称 , 可以采用 变步长 SVM 算法 。
谐波主要集中 分布在频率 mf F1 附 近 , 这是空间矢量调 制谐波分布共同的 特点 (图 5(B ,C) - 图 9(B ,C) ) ;
由于感性负载 的抑制作用 , 输出电 流总谐变率远远低 于输出电压总谐变 率 ( 图 5(C) - 图 9 ( C) ) ;
ma 表示幅度调制比 ; mf 表示频率调制比 。
2005 年 第 1 期
康现伟 ,于克训 ,刘志华 空间矢量脉宽调制仿真及其谐波分析
·13 ·
3 仿真结果分析
频率调制比 mf 影响合成电压矢量的分布模 式 。当开关频率为 900 Hz 时 , 频率调制比 mf = 900/ 60 = 15 , 此时偶数扇区与奇数扇区宽度不同 (图 5 (A) - 7 (A) ) , 这表明了合成电压矢量在偶 数扇区和奇数扇区内的抽样点的分布是不均匀 的 ,因此 ,电压波形会失去对称性 。而当 mf = 900/ 30 = 30 和 mf F1 = 900/ 10 = 90 的时候 , 抽样点平 均分布在 6 个扇区内 (图 7 (A) - 9 (A) ) 。根据详细 的分析可得到如下规律 : 当频率调制比 mf 为 6的 整数倍时 , 合成电压矢量在各个扇区内抽样点相 同 , 而当其不为 6 的整数倍时 , 合成电压矢量在 各个扇区内的抽样点则会出现差异 , 造成输出电
表 1 开关序列表
扇区
S1
S2
S3
1
P1
P2
P3
2
P2
P1
P3
3
P3
P1
P2
4
P3
P2
P1
5
P2
P3