三相空间矢量调制逆变器
简介
电压源型逆变器（VSI）的主要功能，是将恒定的直流电压转化为幅值和频率可变的三相交流电压。下图给出了中压大功率系统中应用的两电平电压源型逆变器的简化电路框图。该逆变器主要由6组功率开关器件
组成，每个开关反并联一个续流二极管。根据逆变器工作的直流电压不同，每组功率器件可由两个或者多个IGBT或GCT等串联而成。
图一：两电平电压源逆变器电流框图
对大功率两电平逆变器进行调制有传统的SPWM方法，但是这种方法不能充分利用馈电给逆变器的直流电压;SPWM逆变器是基于调节脉冲宽度和间隔实现接近于正弦波的输出电流,但是这种调节仍产生某些高次谐波分量,引起电机热、转矩脉动甚至造成系统振荡;且SPWM适合模拟电路,不便于数子化
方案
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实现。由此产生了电压空间矢量(space vector)的概念。其物理概念清晰. 算法简单且适合数字化方案,SVPWM目前也已经得到应用。可以证明SVPWM实质是一种对在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变型SPWM,SVPWM在输出电压或电机线圈电流中将产生更少的谐波,提高了对电压源逆变器直流供电电源的利用率传统的SVPWM方法所产生的电压谐波，既有偶次分量又有奇次分量，所以提出了一种消除偶次谐波的改进SVPEM方法。
工作原理
空间矢量调制（SVM）是一种性能非常好的实时调制技术，目前广泛应用于数字控制的电压源逆变器中。
两电平的开关工作状态可表述为开关状态，其中，开关状态P表示逆变器一个桥臂的上管导通，使得逆变器输出端电压为零。
两电平逆变器有8种可能的开关状态组合，例如，开关状态【POO】分别表示桥臂开关
、
、
导通，这8种开关状态中，【PPP】和【OOO】为零状态，其他均为非零状态。
表一
开关状态
A相桥臂
B相桥臂
C相桥臂
P
导通
关断
导通
关断
导通
关断
O
关断
导通
0
关断
导通
0
关断
导通
0
图二：两电平逆变器的空间矢量图
六个非零矢量
~
组成一个正六边形。并将其分为1~6个相等的扇区。零矢量
位于六边形的中心。
其中，
、
、
为负载瞬时相电压。
可以将三相变量转换成两相变量。
经过等笑变换，两项系统的电压幅值和原三相系统的电压幅值相等。空间矢量根据
坐标系中的两相电压来定义的
以下是关于作用时间的计算
参考矢量可以由三个静态矢量合成。静态矢量的作用时间，本质上就是选中开关器件在采样周期
内的作用时间。作用时间的计算是基于“伏秒平衡”原理，也就是说，给定矢量与采样周期的乘积，等于各空间矢量电压与其作用时间乘积的累加和。
图三：矢量合成
换算之后得到以下表达式。
式中，
。
将
分解可得
对于
之间的情况，下表已经表示了
表二
电压空间切换点
、
、
的计算
第一步扇区确定：利用角速度
的积分得到角度
。
在于
取余得到角度范围在0~
，得到新的角度
在于
ceil函数取整如下表
表三
扇区
1
2
3
4
5
6
角度
0--
-
-
-
-
-
第二步：计算
、
、
表二已给出计算方法。
第三步：在每个扇区里开关器件导通时间计算：
图四：
位于第一扇区时的七段法开关顺序
以第一扇区A相为例，它导通时间
，把它与一个三角载波相交做PWM波幅值为
，
得
=
。奇数扇区B相为
，偶数扇区为
。C相为
。
第四步：计算切换点
、
、
。如下表：
表四
扇区
1
2
3
4
5
6
第五步：得到电压矢量切换时间在于三角载波比较得到PWM波。
仿真结果
1）ma=1, fs=1/900，
=4160v，P=1MVA
=100000/（4160*1.73）=138.8A
=4160/(138.8*1.73)=17.3
=15.57
L=0.02H
图五：
相电流波形和FFT
分析
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图六：
相电压波形和FFT分析
图七：
线电压波形和FFT分析
2）：A
and
and
.
图八：
相电流波形和FFT分析
图九：
相电压波形和FFT分析
图十：
线电压波形和FFT分析
B:
and
and
.
图十一：
相电流波形和FFT分析
图十二：
相电压波形和FFT分析
图十三：
线电压波形和FFT分析
C：
and
and
.
图十四：
相电流波形和FFT分析
图十五：
相电压波形和FFT分析
图十六：
线电压波形和FFT分析
D：
and
and
图十七：
相电流波形和FFT分析
图十八：
相电压波形和FFT分析
图十九：
线电压波形和FFT分析
E：
and
and
.
图二十：
相电流波形和FFT分析
图二十一：
相电压波形和FFT分析
图二十二：
线电压波形和FFT分析
结论：
在开关频率和给输入正弦信号不变的情况下，当调制比降低时，仿真产生的线电压、相电压和相电流的幅值都有较小的降低；而THD则会增加很多，这显然不是我们想要的。另外在调制比、开关频率和输入的正弦波的幅值不变的情况下，当输入正弦波的频率降低时，输出的线电压、相电压和相电流的幅值有相应的降低，THD也会有相应的增加。
附录
浙公网安备 33021202002483