两电平逆变器调制基本介绍

两电平SVPWM 技术的基本介绍

一、两电平逆变器：设直流电压为U d ，以低压节点为零电位，若经过逆变器得到的PWM 波只有两种电平，即U d 和0，这种逆变器称为两电平逆变器，如下图所示。u a ，u b ，u c 为相电压，u ab 为线电压。

在所示的三相拓扑结构中，VT1~VT6以相隔600的电角度依次导通，每个IGBT 导通1800；任一时刻有三个IGBT 导通，并保证同桥臂的只有一个导通。（即VT5、VT6、VT1；VT6、VT1、VT2；VT1、VT2、VT3；VT2、VT3、VT4；VT3、VT4、VT5；VT4、VT5、VT6顺序）逆变器便可产生三相交流电。 二、电压矢量与磁链矢量轨迹

磁场磁链矢量与合成电压矢量的关系为t u dt iR u p p +ψ=-=ψ⎰0)((R 为绕组电阻，此式中R 忽略不计。)

当t=0时，0ψ=0，则有t u p =ψ，转换为极坐标表示，可有：

θj Re =ψ（1-1），式中，

R ——磁链幅值，ωL u R )3/2(=；

L u ——逆变器输出线电压有效值；

ω——给定角速度，f πω2=，f 是给定频率； θ——ψ与虚轴j 的夹角。

可以得出，p u 与ψ成正比，方向为磁链圆的切线方向。当ψ在旋转一周时，p u 连续按磁链圆的切线方向运动π2弧度，其轨迹与磁链圆重合，如下图所示。

SVPWM 技术（空间矢量脉冲宽度调制技术）：是通过控制电压的空间矢量，使磁链轨迹逼近圆形。所以，SVPWM 调制方式具有谐波分量小，转矩平稳，直流利用率高等优点。在调制中，开关器件的开通与关断时刻的选取原则是三相输出合成电压矢量保证电动机磁通轨迹为圆。

当逆变器按六拍方式运行时，设磁链ψ初始位置为A 点，此时逆变器输出电压矢量为u 3，按方向相同原则，磁链ψ沿着3u 方向，即AB 方向移动，当到达B 点时，若逆变器输出电压矢量为4u ，则ψ沿BC 方向移动。以此类推，逆变器输出为5u ，6u ，1u ，2u ，则ψ沿着CD 、DE 、EF 、FA 方向移动，从而形成逆时针旋转的正六边形，此时形成磁链轨迹并不是圆形，谐波分量较大。

为了使磁链轨迹更接近圆形，一是可以采取多个电压矢量连续切换的方法，磁链轨迹为更接近圆形的多角形，可以在一定程度上使转矩的脉动减少，谐波分量也进一步减少。二是电压矢量的选取原则按照保持磁链幅值不变的原则，先设置一个磁链轨迹，其半径等于给定值

*

s ψ，再给定允许变化范围s ψ∆，也就是内外圆的距离。选取电压矢

量s u ，使得s ψ跟踪*

s ψ，满足下式：

2

2

*

*

s s s s s ψ∆+

ψ≤ψ≤ψ∆-

ψ

另外，可以通过引入零矢量的电压矢量合成法，此种方法将圆周等分为若干小段，用两个相邻的电压矢量交替切换，使其合成矢量等效为这段弧的弦，来近似这一小段弧，这样不断切换下去，形成一个逼近圆形的正多边形，由于磁链轨迹是正多边形，控制更有规律性。 如下图所示：

如图所示，弦ab不一定和基本电压矢量方向一致，可用两个相邻的基本矢量u6和u1交替切换，即在a点选择电压矢量u6向c点移动，经历一定时间到达c后，再选择电压矢量u1向b点移动，经历一段时间到达b点，那么磁链轨迹就从a移到b,按照上述方法以一定的线速不断改变切换电压矢量，一段一段地切换下去，得到的磁链轨迹就是一个逼近于圆的正多边形，由于每段相等，控制起来比较简单，抑制谐波的效果也较好。

三、电压矢量的作用时间的确定方法

以合成矢量ab 为例，电压矢量的切换顺序为u6到u1,由于矢量移动线速恒定，所以矢量的持续时间与对于的轨迹长度成正比，即：

p u t u t ac 666== p u t u t cb 111==

式中，t6,t1分别为u6、u1持续时间。

在实际中，从a 到b 的时间不一定为t6+t1，为使磁通矢量移动的角速度为给定的ω，通过引入零矢量（u0和u7）来调节从a 到b 移动的总时间。

由矢量合成图，依据正弦定理，可得：

)3

sin(323232sin )

3

sin(

60θππθπ

-====

-d

r U t T u ab ab ac )sin(32323

sin )

sin(10θπθd r U t T u ab ab cb ====

得出作用时间t1、t6分别为

)3

sin(60θπ

-=MT t

)sin(10θMT t = 1600t t T t --=

d

r U u M 32=

式中，θ——起始矢量ac 与合成矢量ab 的夹角； M ——调制深度或者直流电压的利用率。