电力电子技术【王兆安-第五版】第6章-PWM控制补充技术教学内容

6.4.1 180o导通模式下的逆变器 电压空间矢量
1
1
U
U
U
Ud
和每相输出电流的 方向无关
0
0
三相逆变器主电路桥臂简化
主电路原理图简化表示
Ud 2
N′
Ud 2
功率开关器件共 有 23 = 8 种，组合 工作状态
V1
U
V3 V5
V W
IM N
V4 V6 V2 交流电机
三相逆变器-异步电动机 变频调速系统主电路原理图（一）
逆变器的6个输出电压空间矢量
U
s1
2U 3
d
U s2
2 3
U
1 d(2
j
3) 2
U s3
2 3
U
d (
1 2
j
3) 2
U
s4
2U 3
d
U s5
2 3
U
d (
1 2
j
3) 2
U s6
2 3
UБайду номын сангаас
d
(
1 2
j
3) 2
由6个电压空间矢量形成的电压空间矢量图
Im
Us3 (010)
Us2 (110)
Us4 (011) Us5 (001)
开关状态表
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT2 VT4 VT6
8
VT1 VT3 VT5
开关代码 100 110 010 011 001 101 000 111
开关代码：表示三相桥臂输出状态； 1—上管导通，下管关断，桥臂输出高电平 0—下管导通，上管关断，桥臂输出低电平
ur 如果定义电压空间矢量 U s 为：
为何有此 定义？
U u rs2 3(U U N U V N ej2 3 U W N ej4 3)
则根据前述六拍阶梯波工作模式下的6种工作状态， 可以分别推导得出6个电压空间矢量： Us1, Us2, Us3, Us4, Us5和Us6； Us7和Us8幅值为零，称为零电压矢量，简称零矢量
开关控制模式
对于六拍阶梯波工作模式下的逆变器，在其输出 的每个周期中6 种有效的工作状态各出现一次。 逆变器每隔 /3 时刻就切换一次工作状态（即换 相），而在这 /3 时刻内则保持不变。 工作于这种模式下的逆变器，我们通常把它简称 为六拍逆变器。
逆变器输出电压空间矢量的定义
六拍阶梯波逆变器输出的各电压波形 如前所示。
二极管整流器
三相PWM逆变器
三
相
交 流 电
U V W
M~
源
常见的PWM方法有：
SPWM，SAPWM， SVPWM，滞环比较 方式等。
PWM驱动控制 信号（共6路）
怎么样才能得 到 所需的IGBT驱 动控制信号？
图1.0 三相逆变器异步电机变频调速系统主电路
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
控制电压 输入信号
☺如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，
按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应 该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，接下来 的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间 矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM， Space Vector PWM）控制”。这是一种在80年代提出， 现在得到广泛应用的三相逆变器PWM控制方法。
6路驱动 脉冲
Ud
三相交流 输出电压
uu
uv
SVPWM
uw
控制器
U
三相桥式 PWM型
V
逆变器
W
交流 电动机
主电路的功率放大作用
三相PWM型逆变器-交流电动机系统框图（开环） （参考图6-7）
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
☺传统（经典）的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的
输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。 而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦 波附 近变化，这就比只要求正弦电压前进了一步。然而 交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动 机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。
Us0 (000) Us0 (111)
Us1 (100)
Re
Us6 (101)
Us0，零电压矢量，含两种 状态， 包括Us7（000） 和 Us8 （111），不输出 电压。
电压空间矢量图（简化表示）
Im
010
110
011 001
000
100
111
Re
000，111，两个零电压 矢量，不输出电压。
6 种有效开关状态； 2 种无效状态（因为逆变器这时并没有输出电 压）： 上桥臂开关 V1、V3、V5 全部导通 下桥臂开关 V2、V4、V6 全部导通
三相桥臂 输出状态
三相电压型 全桥逆变器 桥臂输出电 压波形
负载中性点 电压波形
三相电压型 全桥逆变器 负载相电压 波形（六拍 阶梯波）
2π
2π
uUN′ 100 110 010 011 001 101 100 110 010 011 001 101
主电路原理图简化表示
Ud 2
N′
Ud 2
SU
SV SW
功率开关器件共 有 23 = 8 种，组合 工作状态
IM N
交流电机
三相逆变器-异步电动机 变频调速系统主电路原理图（二）
逆变器的 8 种工作状态
① 100
② 110
③ 010
④ 011
⑤ 001
⑥ 101
⑦ 000
⑧ 111
开关工作状态
如果，上述图中的逆变器采用180°导通型，功 率开关器件共有 23 = 8 种组合工作状态（见附 表） ，其中
o Ud/2
Ud/2
ωt
uVN′
o
Ud/2
Ud/2
ωt
uWN′
o
Ud/2
Ud/2
ωt
uNN′
o
Ud/6
Ud/6
ωt
uUN
Ud/3
Ud/6
Ud/6
o
Ud/3
2Ud/3
ωt 2Ud/3
uVN
Ud/3
o
2Ud/3
Ud/3
2Ud/3
ωt 2Ud/3
uWN
o
Ud/3
Ud/3
2Ud/3
2Ud/3
ωt 2Ud/3
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
简称：空间矢量调制（SVPWM, Space Vector Pulse Width Modulation） 应用范围：三相全桥逆变器，采用全控型开关 器件，例如IGBT, GTO, IGCT等。 应用非常广泛的一种PWM控制方法，尤其在 三相电动机变频调速控制系统中最为常用，其 它应用有PWM整流器，有源电力滤波器等。
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
引言 6.4.1 180o导通模式下的逆变器电压空间矢量 6.4.2 三相对称交流量空间矢量定义 6.4.3 电机磁链空间矢量与电压矢量的关系 6.4.4 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 6.4.5 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 小结 本节习题
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言