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电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真实现及分析.pdf

电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真实现及分析

liangjiangg
2011-05-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真实现及分析pdf》,可适用于高等教育领域

第卷第期年月电力系统及其自动化学报ProceedingsoftheEPSAVo.No.Aug.电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真实现及分析田亚菲何继爱黄智武(兰州大学信息学院兰州)摘要:在MATLAB./sIMuuNK环境下对SVPWM的数字化实现作仿真针对不同的输入参考信号对得到不同的调制信号和输出线电压作比较分析。关键词:空间矢量脉宽调制正弦脉宽调制仿真调制中图分类号:TM.TP文献标识码:A文章编号:()SimulationandAnalyzationofSpaceVectorPWMTIANYafeiHEJiaiHUANGZhiWU(InstituteofInformationLanzhouUniversityLanzhouChina)Abstract:ThealgorithmofspacevectorpulsewidthmodulationwassimulatedinMATLAB./SIMULINK.Withthedifferentinputreferencesignalsthedifferentmodulationsignalsandtheoutputlinevoltagewerecomparedandanalyzedindetails.Keywords:SVPWMSPWMsimulinkmodulation引言近年来电机的空间矢量理论被引入到逆变器及其控制中形成和发展了空间矢量PWM(SVPWM)控制思想。其原理就是利用逆变器各桥臂开关控制信号的不同组合使逆变器的输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。空间矢量脉宽调制技术不仅使得电机脉动降低电流波形畸变减小而且与常规正弦脉宽调制(SPwM)技术相比直流电压利用率有很大提高并更易于数字化实现。目前有关SVPWM的文献较多大部分将输入参考信号作为调制信号来分析处理】。本文将从不同的产生不同矢量工作时间丁⋯作为调制信号从信号处理的角度深入理解SVPWM的工作原理并深入讨论不同的输出线电压。MATLAB./SIMULINK环境下不需要编程只需通过模块的搭建就可实现系统仿真。电压空间矢量(SVPWM)算法数字实现空间相量表示法是SPWM与电机磁链圆形轨迹直接结合的一种方法它是年由J.Holtz收稿日期:修回日期:等提出来的。对于三相电压型逆变器而言电机的相电压依赖于它所对应的逆变器桥臂上下功率开关的状态。三相桥式电压型逆变器有种工作状态用矢量表示这种空间状态。如图所示。SVPWM工Jv(O)(O)/\/Vo(OOO)(I/\r/o\()\~V(ol)////VO图空间状态矢量图Fig.Spacevectorsstate作原理的相关文献很多。由于篇幅所限不再细述以下直接给出算法流程:)确定矢量yf所在扇区(图sector模块)由二相三相坐标变换可得维普资讯http:wwwcqvipcom年第期田亚菲等:电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真实现及分析··I。一。&/(~/。f一。)()I一/(一可一Vsref)()如果。>则A一否则A一()如果>则B一否则B一()如果>则C=否则C一。则扇区号NABC。)相邻两矢量作用时间的确定(图XYZ模块)fX一~/Vs~refT/VDc令{Y=(/v。/Vf)T/VDc()I【Z=(~//。一/f)/Dc则各扇区相邻两矢量作用时间如表(图tlt模块)。表TIT赋值表Tab.EvaluationofTIT注:r表示前一矢量r表示后一矢量。若出现饱和(<(TT))则T一T·/(TT)一T·/(TT))确定比较器的切换点(图CMPROUT模块)为了计算空间矢量比较器切换点Tcm、Tcm、Tcm定义Ta一(T一T)/Tb::TaLT/Tc=:TbLT/这样由表可得各个扇区作用时间波形。表开关切换时间表Tab.Switchingtimeoftheswitch仿真及结果分析根据上面分析可在MATLAB./SIMULINK中建立仿真图(图)。从仿真图可观测不同的输人情况下调制信号Tcmx和输出电压的波形及关系。为便于仿真分析三角载波周期取.S幅值取丁/即.SVdc取V。Vf的周期为.S(图中已将分解为V。Ifa和V。。)并定义调制度M一。TcmscopeU·J■的幅值取~.线电压scope幅值取一~V。图系统仿真图Fig.Systemsimulationframe维普资讯http:wwwcqvipcom·O·电力系统及其自动化学报年第期)当llVsrefll一/、/了V(图内切圆OM)时调制信号Tol一(丁一Tcos(一/))/<</(丁一T~/COS)//<</(丁一Tcos(/))//<<(丁一Tcos(一/))/<</(丁一丁~/COS)//<</(丁一Tcos(/))//<<()同时可算出Tcm和Tcm输出线电压表示为·IV一~/Vrefsin((/)n)lVk=~/Vrefsin()I【V:~/Vfsin(一(/)c)调制度M一电压利用率为厂ref/v:Tcml和输出线电压见图(a)和图(b)。可以看出调制波Tcml、Tcm、Tcm是三相马鞍形所以它具有优化三相马鞍形PWM逆变器的优点(优化三相马鞍形PWM的优点见文献Is)。SPWM的电压利用率为.c故SVPWM较SPWM方式直流电压利用率可以提高%。当Vsref<(/)a时(即图内切圆内)Tcml的波形为三相马鞍形调制度小于输出线电压幅值小于ac见图(c)和图(d)。心迦辐心地纂心迦辐心地纂慝~/‘‘⋯⋯⋯‘‘‘t/s(c)调制信号Tcml和三角载波图参考电压空间矢量圆轨迹Fig.Circletrackofreferencevoltagespacevectors)输入饱和时取饱和时情况()ref在图正六边形内切圆与外接圆之间厂一(VDc/~/≤√≤(/)VDc)时调制波Tcm是切顶马鞍形波见图(e)。调制度M一输出线电压的利用率大于见图(f)。()ref在图正六边形外接圆外(Vref>(/)Dc)时调制波Tcm近似梯形波见图(g)。调制度M=输出线电压的利用率大于输出线电压见图(h)具有梯形波调制的优点(梯形波调制的优点见文献)。在输入饱和的情况下虽然。直流电压利用率提高但由于调制信号Tcm不是由三角波截取而得到梯形载波信号而是由于饱和抑制的作用对原本是马鞍形的载波进行限幅切顶得到的所以较调制信号为梯形波的情况含有较高的谐波分量。此缺点将引起电动机的力矩脉振增大可通过补偿法来抑制谐波干扰。亩t/s(b)输出的线电压t/s(d)输出的线电压维普资讯http:wwwcqvipcom年第期田亚菲等:电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真实现及分析··结论xlO一⋯⋯⋯⋯t/s(e)调制信号Tcml和三角载波t/s(g)调制信号Tcml和三角载波t/s(f)输出的线电压t/s(h)输出的线电压图调制信号Tcm及输出线电压波形Fig.WaveformsofmodulationsignalTcmandoutputlinevoltage程善美.SIMULINK环境下空间矢量PWM的仿真从上述仿真分析可以看出:()相同的直流母线电压a下采用SVPWM方式比传统的SPWM方式直流电压利用率提高%能更好的利用电源电压。()实际系统中保证合适的SVPWM方案必须对参考信号有较准确的认识这样才可以选择合适的如果出太大将达不到不能充分利用直流电压a太小虽然直流电压利用率更高但由于饱和导致谐波分量的增加电动机力矩脉振增大。在变频调速闭环矢量控制系统中上述情况体现更为突出。为了获取较高的直流电源利用●'^一率参考信号常工作在如/~/≤√≤/a范围内同时采取补偿方法减小谐波干扰。()SVPWM算法的特点很适合数字化实现且DSP具有快速运算能力采用DSP实现电机的全数字矢量控制系统在实际应用中已得到验证。参考文献:I杨贵杰.空间矢量脉宽调制方法的研究IH.中国电机工程学报():IJ.电气自动化():王晶晶徐国卿王麾.基于DSP高速信号处理器的空间电压矢量PWM技术的研究与实现J.电力系统及其自动化学报():薛定宇陈阳泉.基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真技术与应用M.北京:清华大学出版社刘凤君.正弦波逆变器M.北京:科学出版社IImplementationofaSpeedFieldOrientedControlofPhasePMSMMotorUsingTM$FErwanSimonApplicationReportSPRAR.TexasInstruments。KhanbadkoneAshwinMHoltzJoachim.CompensatedsynchronousPIcurrentcontrollerinovermodulationrangeandsixstepoperationofspacevectormodulationbasedvectorcontrolledarivesJ.IEEETransonIndustrialElectronic():作者简介:田亚菲(一)男副教授硕士研究生导师研究方向为信息控制何继爱(一)男硕士研究生从事信息控制的研究黄智武(一)男硕士研究生从事信息控制的研究。'【\审逛鲻i痒审晕J器噻乏审鲻秘犀审犟幕维普资讯http:wwwcqvipcom

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