SVPWM优化控制策略仿真研究

38��� � EIC� Vo.l 17� 2010� No. 3 欢迎光临本刊网站 h ttp: / /www. e ic. com. cn do :i 10. 3969 / .j issn. 1671�1041. 2010. 03. 019 SVPWM优化控制策略仿真研究 马丽梅, 闵 � 锐, 黄 � 颖, 吴元亮 (中国人民解放军理工大学 理学院基础电子学系, 南京 211101) 摘要: 本文针对大容量高电压领域提出了减小开关损耗的优化 SVP� WM控制方法。该方法根据逆变器的开关损耗与具体的调制方法、负 载功率因数角的关系,通过对零矢量在脉宽中的不同分配使开关次数 减少,从而减小开关损耗。通过仿真验证了理论的正确性,为以后的硬 件研究和软件设计打好了基础,有效地缩短了实际设计时间。 关键词:电压空间矢量; SVPWM; 开关损耗; 优化 中图分类号: TM921� � 文献标识码: B Study on simulation of optimal control strategy of SVPWM MA Li�m e,i M IN Ru,i HUANG Y ing, WU Yuan�liang ( Institute o f Science, PLA Univ. of Sc.i & Tech. , N anjing 211101, China ) Abs trac:t To ex treme ly reduce sw itching losses in high�voltage and large�capac ity f ields, an optmi al control strategy of SVPWM is dis� cussed in the paper. Based on the re lat ionships be tween the inverter losses and the control method, as well as the pow er fac tor o f the load, the m ethod can reduce the sw itching frequency to get the less sw itching losses accord ing to the d ifferent allocat ion of zero vectors. The theory is validated by smi ulat ion, which not only lay the founda� t ion dow n for hardware and so ftware des ign, but a lso effec tive ly shortens the developing periods. Keywords: vo ltage space�vector; SVPWM; sw itching losses; optmi ize 0� 引言 空间矢量脉宽调制技术 ( SVPWM )优化控制策略在电气 传动领域得到了广泛的应用。常规 SVPWM 控制技术,零矢量 位置在脉宽生成中是对称存在的。而如果保持有效导通矢量 的时间不变,这样合成的空间电压矢量有效值不会受到影响, 同时改变零矢量和在脉宽分配中的位置, 使开关动作的次数 减少,最终达到减少开关损耗的目的 [ 1]。本文根据逆变器的 开关损耗与具体的调制方法、负载功率因数角的关系, 从减少 开关损耗的角度出发, 提出了六种 SVPWM的优化控制方法, 并用 Sim ulink仿真软件对其进行了仿真实现。在实际应用中, 可根据具体的要求灵活选择不同的优化控制方法, 为电气传 动领域的技术应用提供了理论依据。 1� 常规 SVPWM 典型电压型 PWM 逆变器的 6个功率开关管形成的 8种基 本电压空间矢量,如图 1所示。 图 1� 各扇区内相邻两电压矢量的切换次序 1. 1� 电压矢量分量确定 在调速时,由于 u /f = 常数,根据 f的大小确定出合成电压 矢量 Uout的大小。 Uout = un - u0 fn � f ( 1) 式中, un为相电压的峰值; fn为额定频率。电压矢量 U�和 U�分 量可由下式求得: U� = U out cos U� = Uou t sin = !t = 2∀f t ( 2) 1. 2� 扇区确定 本文采用计算参考电压矢量在 ( a, b, c) 下的 Ua、Ub、Uc 的 投影,然后将投影值与 0比较的方法 [ 2]。Ua、Ub、Uc的投影值由 C larke- 1变换给定, 即: Ua = U� Ub = 1 2 ( 3U � - U� ) Uc = 1 2 (- 3U� - U �) ( 3) 另设函数 y, 其 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式为: y = f( Ua ) + 2f (Ub ) + 4f (U c ) ( 4) 用上述方法判断参考电压矢量 Uou t所在的扇区很简单, 只 要在具体分配作用矢量时将计算出的 y值和扇区号进行一一 对应,如表 1。 表 1� 函数值 y和扇区号的对应关系 y 3 1 5 4 6 2 扇区号 ! ∀ # ∃ % 1. 3� 基本矢量作用时间确定 为了便于观察运用,在此定义三个量 x、y、z: x = 2T s 2UDC U� y = T s 2UDC ( 3U � + U� ) z = T s 2UDC ( 3U � + U� ) ( 5) 则各个扇区的矢量作用时间如表 2所示。 表 2� 电压空间矢量作用时间 扇区 ! ∀ # ∃ % T1 z - z x - x - y y T2 x y - y - z z - x � � 之后进行过调制判断,先计算出 T 1、T2后,判断 T 1 + T 2 & T s是否成立, 如果不成立, T 1、T 2保持不变; 如果成立, 则按照 式 ( 6) 进行饱和计算,求出 T∋1、T∋2、T∋0, 把电压矢量的端点轨迹 拉回六边形内切圆内 [ 3]。 T∋1 = T 1 T sT 1 + T 2 T∋2 = T 2 T sT 1 + T 2 T∋0 = 0 ( 6) ( 经验交流 ( 仪器仪表用户 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 EIC � Vo.l 17� 2010� No. 3� 39��� 1. 4� 开关时间 T cm 1、T cm 2、T cm3确定 定义: T a = (T s - T 1 - T 2 ) /4 T b = T a + T 1 /2 T c = T b + T2 /2 ( 7) 则在不同扇区 A, B, C三相对应的开关时间 T cm 1, T cm 2, T cm 3, 根 据表 3进行赋值。 表 3� 切换点 T cm 1、T cm 2、T cm3 的赋值表 扇区号 ! ∀ # ∃ % T cm 1 T a T b T c T c T b T a T cm 2 T b T a Ta T b T c T c T cm 3 T c T c T b Ta Ta T b 1. 5� SVPWM整体模块的建立 将上述扇区模块、基本矢量作用时间模块、开关时间模块 和 PWM 波形的生成模块及其逆变器模块连接到一起, 构成 SVPWM 整体模块 [ 4]。仿真参数设置: 给定 PWM 周期 T s = 0�0002s, 直流母线电压为 Ud c= 300V,逆变器输出线电压的基 波频率 F1 = 50H z。通过仿真得到在 0. 1s内的调制波 T cm 1、相电 压波形,依次如图 2所示。 图 2� 调制波波形和相电压波形 2� SVPWM优化控制策略 对于常规 SVPWM调制方法, 三相调制波都位于其对应载 波的峰值之间,其逆变器的开关损耗都是相同的, 且与负载电 流的相角无关。降低开关损耗最简单的方法就是使开关器件 不动作。在 SVPWM控制方式中, 在采样周期不变的前提下, 通 过适当地分配零矢量,每相桥臂最多可有 120)的不开关扇区。 需要插入的零矢量可以是 U 00 或是 U 07 , 其作用时间 T 0 满足: T 0 = T s - T 1 - T 2 T 00 = ( 1 - k )T 0 T 07 = kT 0 � � ( 0 ∗ k ∗ 1) ( 8) 2. 1� 单一零矢量调制方式 1) DPWMMAX方法 令 K + 1, 则固定选用零矢量 U 07 (111)。 定义: T d = 0 T e = T d + T 1 2 T f = T e + T 2 2 ( 9) 则不同的扇区内 A, B, C三相对应的开关时间 T cm 1, T cm 2, T cm3可 根据表 4进行赋值 [ 5]。 表 4� 切换点 T cm 1、T cm 2、T cm3 的赋值表 扇区号 ! ∀ # ∃ % T cm 1 Td T e T f T f T e Td T cm 2 T e Td Td T e T f Tf T cm 3 T f T f T e Td Td T e � � 2) DPWMM IN方法 令 K + 0, 则固定选用零矢量 U 00 (000)。 定义: T a = T s - T 1 - T 2 2 T b = Ta + T 1 2 T c = T b + T 2 2 ( 10) 则在不同的扇区 A, B, C三相对应的开关时间 T cm 1, T cm 2, T cm 3, 根据表 5进行赋值。 表 5� 切换点 T cm 1、T cm 2、T cm3 的赋值表 扇区号 ! ∀ # ∃ % T cm 1 T a T b T c T c T b Ta T cm 2 T b T a T a T b T c T c T cm 3 T c T c T b Ta Ta T b 2. 2� 交替零矢量调制方式 1) DPWM0方法 在奇扇区 、∀、∃ 时, 取 k = 0,选用 U00 ( 000); 在偶扇区!、#、% 时, 取 k = 1,选用 U07 (111)。开关时间T cm 1、T cm 2、T cm 3, 根据表 6进行赋值。 表 6� 切换点 T cm 1、T cm 2、T cm3 的赋值表 扇区号 ! ∀ # ∃ % T cm 1 T a T e T c T f T b Ta T cm 2 T b Td Ta T e T c T f T cm 3 T c T f T b Td Ta T e � � 2) DPWM1方法 在奇扇区 、∀、∃ 时, 取 k = 1,选用 U 07 ( 111); 在偶扇区 !、#、% 时, 取 k = 0,选用 U 00 ( 000)。则在不同的扇区内 A, B, C三相对应的开关时间 T cm 1、T cm 2、T cm 3, 根据表 7进行赋值。 表 7� 切换点 T cm 1、T cm 2、T cm3 的赋值表 扇区号 ! ∀ # ∃ % T cm 1 Td T b T f T c T e Ta T cm 2 T e Ta Td T b T f T c T cm 3 T f T c T e Ta Td T b � � 3) DPWM2方法 在以 V1、V3和 V5为中心的 60)区间内取 k = 1, 选用 U 07 ( 111) ,而在以 V2、V4和 V6为中心的 60)区间内取 k = 0, 选 用 U 00 ( 000)。则在开关时间 T cm 1、T cm 2、T cm3,根据表 8进行赋值。 表 8� 切换点 T cm 1、T cm 2、T cm3 的赋值表 扇区号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T cm 1 Td Ta T b T e T f T c T c T f T e T b Ta Td T cm 2 T e T b T a Td Td Ta T b T e T f T c T c T f T cm 3 T f T c T c T f T e T b T a T d T d T a T b T e � � 4) DPWM3方法 在相邻的 30)区间内采用不同的零矢量, 在区间 0 ∗ ∗ 30)内取 k = 0,选用 U00 ( 000),在区间 30)∗ ∗ 60)内取 k = 1,选用 U 07 ( 111)。其他区间也按此规律选用零矢量。则 A, B, C 三相对应的开关时间 T cm 1 、T cm 2 、T cm 3 , 根据表 9进行赋值 [ 6]。 表 9� 切换点 T cm 1、T cm 2、T cm3 的赋值表 扇区号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T cm 1 Ta Td T b T e T c T f T c T f T b T e Ta Td T cm 2 T b T e T a Td Ta Td T b T e T c T f T c T f T cm 3 T c T f T c T f T b T e Ta Td Ta Td T b T e 3� SVPWM优化控制策略的仿真 基于上述 SVPWM优化控制策略的工作原理, 为了验证其 正确性,利用 S imu link仿真工具对各优化控制方法进行了仿真 研究 [ 7]。仿真参数的设置同常规 SVPWM 控制, 仿真模型的搭 建也类似常规 SVPWM控制,只是 SVPWM的模块不同。根据仿 真得到的各优化方法的调制波波形和相电压波形依次如图 3- 图 8所示。 仪器仪表用户 ( 经验交流 ( 40��� � EIC� Vo.l 17� 2010� No. 3 欢迎光临本刊网站 h ttp: / /www. e ic. com. cn 4� 结论 根据零矢量在脉宽中的不同分配提出了六种 SVPWM 的 优化方法, 并用仿真得以实现。不连续 PWM 方法比连续 PWM 方法在每个开关周期内开关总次数减少了三分之一, 即 开关损耗减少三分之一。由于开关损耗不仅与开关次数有 关,还与负载电流有关, 因此 DPWM2方法在考虑将开关次数 减少三分之一的同时, 尽量使较小的负载电流落在开关的扇 区,最终使开关损耗达到了最小。 在六种优化方法中 , DPWMMAX和 DPWMM IN的上下开 关应力不平衡,会导致逆变器寿命缩短, 因此实际应用中不宜 采用; DPWM2方法在功率因数角为 0的常见电动机运行下将 产生最小的开关损耗。这也是 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 以后的研究方向,通过仿 真验证在实际应用中 DPWM 2适合于最常见的纯电阻性电动 机负载,是优化 SVPWM 的最好调制方法。 ( 参考文献 [ 1] [美 ] BK.博斯主编, 姜建国等译.电力电子学与变频传动技 术和应用 [M ] .徐州:中国矿业大学出版社, 1999. [ 2] 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, 2001, 21( 6 ) : 79�83. [ 3] 龚云飞,富历新. 基于 M atlab的永磁同步电机矢量控制系统 仿真研究 [ J] .微电机, 2007, 40( 2 ) : 33�36. [ 4] 程善美,王琰.不连续空间矢量脉宽调制策略研究 [ J] .微电 机, 2003, 36 ( 4) : 37�40. [ 5] 林平,吕晓东. SVPWM调制法中零矢量优化分配技术的研究 [ J] .电气自动化, 2002, ( 4) : 19�22. [ 6] 李峰.矢量控制系统中优化 PWM控制策略的研究 [ D] . 天 津:天津大学, 2003. [ 7] 林平,吕晓东. SVPWM调制法中零矢量优化分配技术的研究 [ J] .电气自动化, 2002, ( 4) : 19�22. 作者简介:马丽梅 ( 1981�) ,女,硕士研究生,研究方向:电气传动控制; 闵锐,女,副教授,在读博士。 收稿日期: 2009�12�09 do :i 10. 3969 / .j issn. 1671�1041. 2010. 03. 020 有源功率因数校正技术的研究 齐德明 (山东万杰医学院 医学影像系, 淄博 255213) 摘要:功率因数校正技术是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的 方法,近年来受到了越来越多的关注。本文在论述有源功率因数校正 基本原理的基础上,对有源功率因数校正的主电路拓扑及控制方法进 行了分析与比较, 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 其特点;对无源功率因数校正 ( PFC )电路、有源 两级功率因数校正 ( PFC )电路和有源单级功率因数校正 ( PFC )电路 进行了分析及性能比较,指出它们分别适用的场合。 关键词: 功率因数校正; 变换器; 控制; 传感器 中图分类号: TM92� � 文献标识码: B Study on the APFC circuits Q IDe�m ing (M edical Im agination D epartm ent. Wanjie M edical Co llege, Z ibo 255213, China) Abs trac:t Power fac tor correct ion technology is an effect ive method of res training harm onic currents and increasing power factor, wh ich has been at tended m ore and more in recent years. Ma in c ircuit topo lo� g ies and controlmethods are analyzed and compared on the bas is of the princ iple of act ive pow er fac tor correction ( APFC ), which char� acteris tics are summ arized. Pass ive power fac tor correct ion c ircui,t two�s tage and sing le�s tage APFC c ircuits are researched, which ap� p lications are given by com parison of their performance. Key words: PFC; converter; contro;l sensor ( 经验交流 ( 仪器仪表用户