目錄
1. SVPWM介紹
2. SPWM與SVPWM比較
3. SPWM實現SVPWM
3.1 三次諧波注入
3.2 零序分量注入
4. SVPWM信號調制
5. SVPWM逆變器
1. SVPWM介紹
SVPWM是依據空間電壓(電流)矢量切換來控制逆變器的一種控制策略,是把逆變器和交流電機視作一個整體,目的在于產生圓形旋轉磁場,通過切換逆變器的IGBT/MOSFET開關狀態來控制電機的磁場。而電機的磁場可以直接影響電機的電磁轉矩,因此可實現對電機磁場和轉矩進行控制,也就是實現對電機的“直接轉矩控制”。
2. SPWM與SVPWM比較
主要區別如下:
1. SVPWM優化諧波程度比較高,消除諧波效果要比SPWM好,容易實現;
2. SVPWM算法提高了電壓型逆變器的直流電壓利用率和電機的動態響應速度,同時減小了電機的轉矩脈動等缺點;
3. SVPWM比較適合數字控制;
下面主要說明一下SPWM與SVPWM的母線電壓利用率比較:
SPWM:
調制比m=1,相電壓峰值為母線電壓的0.5倍,線電壓峰值為母線電壓的0.866倍;
SVPWM:
調制比m=1,相電壓峰值為母線電壓的0.577倍,線電壓峰值等于母線電壓;
其中,電壓峰值=電壓有效值
對于相同的直流母線電壓,基于SVPWM的逆變器線電壓峰值(相電壓峰值)比SPWM的最大線電壓峰值(相電壓峰值)高15.47%。
為了提高SPWM電壓利用率,通常可以采用調制波三次諧波注入的方式,將逆變器輸出電壓提升15.47%,與SVPWM調制得到的電壓利用率相同。
題外話:
雖然系統注入了三次諧波,但是對系統的運行和性能沒有什么影響:
1. 對于三相無中線系統,如果每相的調制波基波中都注入同樣的三次諧波,雖然每相輸出電壓中都含有同樣大小和相位的三次諧波,由于諧波抵消效應,線電壓中不會出現三次諧波,三次諧波電壓不會產生負載電流,對負載的正常工作不會帶來任何影響。
2.對于三角形連接的輸出負載,由于諧波抵消效應,負載電壓上沒有三次諧波電壓;即使負載采用星型連接方式,負載相電壓和線電壓也都不含三次諧波;
除了三次諧波注入提高SPWM逆變器的電壓利用率,也可以通過零序分量注入的方式。來實現同等電壓利用率的提高,下面一一進行介紹。
3. SPWM實現SVPWM
3.1 三次諧波注入
三次諧波注入的調制波表達式為:
發波電路:
A相的波形:(A_sine為正弦波,A_3rd為A相注入的三次諧波,A_mud為A_sine +A_3rd 相加得到的馬鞍形調制波)
3.2 零序分量注入
調制波表達式:
Vo為零序分量,零序分量取值范圍為:
其中,
零序分量在此區間范圍內可以任意取值。
通常取值方式有以下這三種:
a. 均值零序信號
發波電路:
A相的波形:
b. 極值零序信號
Vo可以取極大值作為零序信號,也可以取極小值作為零序信號:
極大值:
極小值:
發波電路:
A相的波形:
c. 交替零序信號
零序信號取3個給定的正弦瞬時值幅值最大的那個信號,也就是某一瞬間Vo的極大值的幅值大于極小值的幅值,取極大值作為零序信號,反之取極小值。
發波電路:
A相的波形:
4. SVPWM信號調制
本文用均值比較的方式來對SVPWM進行仿真:
下圖為馬鞍波的發波邏輯:
Va、Vb、Vc為正弦調制信號,Vmin_ab用于比較Va、Vb之間的極小值,Vmax_ab用于比較Va、Vb之間的極大值,實現指令為:
Vmin_ab:V=if(V(Va)<V(Vb),V(Va),V(Vb))
Vmax_ab:V=if(V(Va)>V(Vb),V(Va),V(Vb))
Vmin為Vmin_ab與Vc進行比較,得到三相正弦調制信號的極小值,Vmax為Vmax_ab與Vc進行比較,得到三相正弦調制信號的極大值,實現指令如下:
Vmin :V=if(V(Vmin_ab)<V(Vc),V(Vmin_ab),V(Vc))
Vmax:V=if(V(Vmax_ab)>V(Vc),V(Vmax_ab),V(Vc))
Vmin與Vmax相加后降幅,再將得到的信號注入Va、Vb、Vc,最終得到馬鞍形調制波;
以下為各點波形:
5. SVPWM逆變器
輸出電壓、電流波形: