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空间矢量脉宽调制原理.pdf

空间矢量脉宽调制原理

yhbyhb19861986
2011-11-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《空间矢量脉宽调制原理pdf》,可适用于高等教育领域

第卷第期          武 汉 工 程 大 学 学 报          Vol No年月           J Wuhan Inst Chem Tech          Mar 文章编号:()空间矢量脉宽调制原理及算法分析文小玲,易先军(武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉,)摘 要:阐明了三相电压型逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)基本原理,给出了两种SVPWM算法,即SVPWM常规算法和快速算法,通过理论和仿真分析证明了两种算法的一致有效性其中SVPWM快速算法不需进行区域判断,其运算速度远快于SVPWM常规算法,具有更高的实用价值关键词:空间矢量脉宽调制快速算法常规算法仿真分析中图分类号:TM   文献标识码:A收稿日期:作者简介:文小玲(),女,湖南湘乡人,副教授,博士研究生研究方向:电力电子与电气传动 引 言空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术不仅具有线性调制范围宽、输出谐波小和易于数字化实现的特点,而且比常规SPWM高的直流电压利用率~,因而被广泛用于变频器、UPS、无功补偿器、有源电力滤波器和储能系统电力变换器等领域对SVPWM常规算法和快速算法进行分析,并证明了二者的等效性同时,利用MATLABöSimulink对在不同输入电压参考信号和不同零矢量分配方式下的调制信号和逆变器输出电压和电流波形进行了仿真分析 空间矢量脉宽调制原理图(a)所示三相电压型逆变器实际上只有种开关模式,相应的种电压空间矢量可用Vk(Sa,Sb,Sc)表示,如图(b)所示其中个有效电压空间矢量V()~V()幅值相等、相位互差Πö电角度,V()和V()为两个零矢量利用这个矢量的线性组合可以近似模拟任意的旋转电压矢量Vref设k为以Α轴为起点、以Πö为单位、逆时针方向排列的序号用与Vref相邻的个有效矢量Vk、Vk和零矢量,按伏秒平衡原则去合成矢量Vref可得,Ts·Vref=Tk·VkTk·Vk    k=,,⋯,()式中Ts为采样周期,当k=时,取k=Vk、Vk的作用时间Tk、Tk可用下式表示Tk=TsvΑsin(kΠö)  vΒcos(kΠö)öVdcTk=TsvΒcos((k)Πö)   vΑsin((k)Πö)öVdc()式中Vdc为逆变器直流侧电容电压,vΑ,vΒ为参考电压空间矢量Vref的Α,Β分量图 三相SVPWM逆变器原理图Fig TheschematicdiagramofthreephaseSVPWMinverter根据式()~()和图(b)可求得Vref分别在个扇区内时,相邻两个有效电压矢量Va和Vb的作用时间Ta、Tb如Vref在扇区Ë时的Ta、Tb为Ta=Ts(vΑvΒ)öVdcTb=TsvΒVdc()  总的零矢量作用时间T=TsTaTb,零矢量V()、V()的作用时间为T=k·TT=(k)·T  ≤k≤()取不同的k值,可得不同的SVPWM方式当k=或时,为不连续低开关损耗调制方式当<k<时,为连续调制方式特别地,若取k=ö,则T=T=Tö,可获得常用的准优化SVPWM方式,图(a)所示为Vref在扇区Ë时逆变器的开关信号Sa、Sb、Sc,其中Taon、Tbon、Tcon为开关状态切换时间 SVPWM算法 基于区域判断和空间矢量组合的SVPWM常规算法基于参考电压矢量Vref所在区域判断的SVPWM常规算法步骤如下:()计算参考电压矢量Vref的分量vΑ和vΒ()判断Vref所在扇区根据上述SVPWM原理可推得Vref所在扇区号为N=sign(A)sign(B)sign(C),其中A=vΒ,B=vΑvΒ,C=(vΑvΒ)()计算相邻两矢量作用时间Ta,Tb可按表对Ta,Tb赋值若出现过调制问题,则取Ta=Ta·Tsö(TaTb),Tb=Tb·Tsö(TaTb)表 Ta、Tb赋值表Table TheevaluationofTaandTbVref所在扇区ËÉÍÌÎÊTaYYXXZZTbXZZYYX  表中X=TsvΒöVdc,Y=Ts(vΑövΒö),Z=Ts(vΑövΒö)()计算逆变器的开关状态切换时间Taon、Tbon、Tcon可按表对不同扇区内的Taon、Tbon、Tcon赋值,其中T=Tö,T=TTaö,T=TTbö表 Taon、Tbon、Tcon赋值表Table TheevaluationofTaon,TbonandTconVref所在扇区ËÉÍÌÎÊTaonTTTTTTTbonTTTTTTTconTTTTTT SVPWM快速算法从图(b)所示规则采样PWM波形可看出,它与图(a)所示SVPWM波形很相似由相似三角形法可推得PWM波形脉宽计算公式如下:Tis=Vri·TsöVdc  i=a,b,c()Tdi=TisTe  i=a,b,c()Te=Tsö()图 规则采样PWM和SVPWM波Fig RegularsamplePWMandSVPWMwaveform相应的开关状态切换时间为Tion=(TsTdi)ö  i=a,b,c()对照图分析式()~()可知,若在每一个采样周期Ts内求得Tmax=max(Tas,Tbs,Tcs)Tmax=min(Tas,Tbs,Tcs)()则两个零矢量的作用时间分别为T=Ts(TmaxTe)T=(TminTe)()若令Te=(k)Ts(k)TmaxkTmin()则T=k·TT=(k)·T  ≤k≤()可见式()与式()完全相同设三相电压为三相对称余弦函数,且Vref在第Ë扇区,则有vra>vrb>vrc,Tmin=Tcs,Tmax=Tas,开关矢量Va=V和Vb=V的作用时间分别为 Ta=(TdaTdb)=(TasTbs)=(vravrb)TsVdc=  Ts(vΑvΒ)Vdc()Tb=(TdbTdc)=(TbsTcs)=武汉工程大学学报第卷  (vrbvrc)TsVdc=TsvΒVdc()  Ta、Tb与式()完全一样同理可证Vref在其它扇区内的情况因此,用式()代替式()的改进规则采样PWM算法与SVPWM是等效的,是另一种SVPWM算法,其运算量明显小于SVPWM常规算法若考虑过调制问题,则当TmaxTmin>Ts时,有Tdi=(TisTmin)·Tsö(TmaxTmin)i=a,b,c()同样可证明两种算法的过调制算式是完全等效的 仿真分析用Tion(i=a,b,c)作为调制波,取三角载波的幅值为Ts,三角载波频率为kHz,Vdc=V,Ts=s,给定频率为Hz,逆变器负载R=、L=mH,并定义调制比为M=‖Txon‖öTs同时对Vref=Vdcö,M<,k=、、和Vref=Vdcö,M=,k=、、时的调制波Taon及逆变器输出电压和电流波形进行了仿真分析为节省篇幅,给出Vref=Vdcö,M<,k=、、时的仿真波形如图~所示分析两种情况下的仿真结果可知:()在Vref=Vdcö的情况下,当k=时,逆变器输出线电压基波幅值为V,谐波畸变率,相电流基波幅值为A,谐波畸变率当k=时,逆变器输出线电压基波幅值为V,谐波畸变率,相电流基波幅值为A,谐波畸变率当k=时,逆变器输出线电压基波幅值为V,谐波畸变率,相电流基波幅值为A,谐波畸变率()在Vref=Vdcö的情况下,当k=时,逆变器输出线电压基波幅值为V,谐波畸变率,相电流基波幅值为A,谐波畸变率当k=时,逆变器输出线电压基波幅值为V,谐波畸变率,相电流基波幅值为A,谐波畸变率当k=时,逆变器输出线电压基波幅值为V,谐波畸变率,相电流基波幅值为A,谐波畸变率()当采用准优化SVPWM方式时,线电压谐波畸变率最小当采用低开关损耗SVPWM方式时,平均开关次数可减少ö,只是在同样的条件下,线电压谐波畸变率有所增加,而在同样的负载条件下k=时的电流谐波畸变率最小当取Vref=Vdcö,M=时,不仅可获得较高的直流电压利用率,增加电压和电流基波幅值,而且降低电压和电流谐波畸变率图 M<,k=时的调制波Taon和逆变器输出电流的波形Fig ThewaveformofmodulationfunctionTaonandphasecurrentswhenM<,k=图 M<,k=时的调制波Taon和逆变器输出电流波形Fig ThewaveformofmodulationfunctionTaonandphasecurrentswhenM<,k=第期文小玲,等:空间矢量脉宽调制原理及算法分析图 M<,k=时的调制波Taon和逆变器输出电流波形Fig ThewaveformofmodulationfunctionTaonandphasecurrentswhenM<,k=图 M<,k=时逆变器的输出线电压Vab及其频谱Fig ThephasetophasevoltagewaveformoftheinverterwhenM<,k=图 M<,k=时逆变器的输出线电压Vab及其频谱Fig ThephasetophasevoltagewaveformoftheinverterwhenM<,k=图 M<,k=时逆变器的输出线电压Vab及其频谱Fig ThephasetophasevoltagewaveformoftheinverterwhenM<,k=武汉工程大学学报第卷 结 语通过理论与仿真分析表明了SVPWM快速算法与SVPWM常规算法的一致性和有效性与SVPWM常规算法相比,SVPWM快速算法具有算法简单、不需进行区域判断和区域转换的优点,从而可以大大缩短运算时间,更易于数字化实现同时,这种仿真分析方法及其结果,既直观又易于理解和使用,具有一定的参考价值,可方便地用于电力电子电路的仿真研究中参考文献: AMHava,RJKerkmen,TALipoSimpleAnalyticalandGraphicalMethodsforCarrierBasedPWMVSIDrivesJIEEETransonPowerElectronics,,(): 杨贵杰,孙 力,崔乃政,等空间矢量脉宽调制方法的研究J中国电机工程学报,,(): 程善美,姜向龙,孙文焕,等SIMULINK环境下空间矢量PWM的仿真J电气自动化,,(): ChungDW,KimJS,SulSKUnifiedVoltageModulationTechniqueforRealTimeThreePhasePowerConversionJIEEETransonIndustryApplications,,():TheprincipleandalgorithmanalysisofspacevectorPWMWENXiaoling,YIXianjun(SchoolofElectricalandInformationEngineering,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan,China)Abstract:TheprincipleofSVPWMforthethreephasevoltagesourceinverterisdescribedTheSVPWMconventionalalgorithmandtheSVPWMfastalgorithmwhichcanbeeasilyimplementedonthemicroprocessorarepresentedTheequivalenceandvalidityoftwoalgorithmsareverifiedbymeansoftheoreticalanalysisandsimulationstudyInparticular,itisnotnecessarytoidentifythesectortowhichthevoltagereferencesignalbelongsusingtheSVPWMfastalgorithm,sothatitsexecutingspeedisfasteranditismorepracticalcomparedwiththeSVPWMconventionalalgorithmKeywords:SVPWMfastalgorithmconventionalalgorithmsimulationanalysis本文编辑:陈晓苹☆(上接第页)ResearchonmusicaltunerecognitionXUGuoqing,ZHANGYanduo,WANGHaihui,OUQingjun(SchoolofComputerScienceandEngineering,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan,China)Abstract:FundamentalfrequencyisanimportantparameterinmusicalnotesdetectionandrecognitionThisthesisintroducesaneffectivedetectionmethodThismethodhasagoodapproximatetothemusicalnotesignalinlowfrequencydomainandithasacharacterofnoiserestrainingThismethodrealizestheprecisefrequencyresolutionIthasahighapplicationvalueKeywords:MRADWTmusicaltrunerecognition本文编辑:陈晓苹第期文小玲,等:空间矢量脉宽调制原理及算法分析

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