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SVPWM逆变器Simulink仿真
一、SVPWM原理简述1.电压空间矢量2.旋转空间电压矢量3.矢量作用时间计算
二、SVPWM的simulink仿真(自带模块)1.元器件选取2.总电路图3.输出波形4.FFT分析
三、仿真文件获取1.积分获取2.免费获取
四、其余电力电子电路
一、SVPWM原理简述
1.电压空间矢量
空间矢量脉宽调制技术是从交流电机的角度出发,以控制交流电机磁链空间矢量轨迹逼近圆形为目的,减小电机的转矩脉动、改善电机的运行性能。这种控制方法又被称为“磁链跟踪PWM控制”。 假设交流电机由理想的三相对称正弦电压供电,如: [ u a u b u c ] = U m [ cos ω t cos ω ( t − 2 π / 3 ) cos ω ( t + 2 π / 3 ) ] \begin{bmatrix} u_a \\ u_b \\ u_c \\ \end{bmatrix}=U_m \begin{bmatrix} \cos \omega t \\ \cos \omega (t-2\pi/3) \\ \cos \omega (t+2\pi/3) \\ \end{bmatrix} ⎣⎡uaubuc⎦⎤=Um⎣⎡cosωtcosω(t−2π/3)cosω(t+2π/3)⎦⎤ 可定义定子电压空间矢量为: u s = 2 3 ( u a + u b e j 2 3 π + u c e − j 2 3 π ) u_s=\frac {2}{3}(u_a+u_be^{j\frac {2}{3}\pi}+u_ce^{-j\frac {2}{3}\pi}) us=32(ua+ubej32π+uce−j32π) 其中 U m U_m Um为电压幅值, ω \omega ω为电压的角频率,三相电压 u a u_a ua、 u b u_b ub、 u c u_c uc带入电压空间矢量: 如图1所示,
a
a
a、
b
b
b、
c
c
c分别表示在空间静止不动的三相绕组的轴线,空间互差120°。电压空间矢量
u
s
u_s
us是一个以速度旋转的矢量,三相电压
u
a
u_a
ua、
u
b
u_b
ub、
u
c
u_c
uc可以看做是电压空间矢量
u
a
u_a
ua在
a
a
a、
b
b
b、
c
c
c三个坐标轴上的投影,它们的方向始终在各相的轴线上,而大小随时间按正弦规律变化。 因此三相对称正弦电压可以等效的表示为 u α u_\alpha uα 、 u β u_\beta uβ表示, u α u_\alpha uα 、 u β u_\beta uβ为电压空间矢量在 α \alpha α、 β \beta β轴上的投影,其中 α \alpha α和 a a a轴重合, β \beta β轴超前 α \alpha α轴90°。 2.旋转空间电压矢量 逆变电路输出的三相电压可以形成旋转的空间电压矢量。现将三相逆变电路重画于图2中,每相的上桥臂与下桥臂的开关动作相反,可以把上桥臂开关导通而下桥臂开关关断的状态记为“1”,把上桥臂开关关断而下桥臂开关导通的状态记为“0”。 例如,当
a
a
a相上桥臂导通,
b
b
b、
c
c
c相下桥臂导通时,开关状态可记为(1 0 0),此时
u
a
u_a
ua=
U
d
U_d
Ud,
u
b
u_b
ub=
u
b
u_b
ub=0,代入电压空间矢量
u
s
u_s
us,可求得幅值为
2
U
d
/
3
2U_d/3
2Ud/3,空间位置为
e
j
0
e^{j0}
ej0。依次类推,三相逆变电路一共有8种开关组合,对应8种输出电压状态,即8个基本电压矢量,分别如表1所示。其中,V0和V7由于输出电压为零,被称为零矢量。V1-V6共六个非零矢量的幅值均为
2
U
d
/
3
2U_d/3
2Ud/3,空间位置依次相差60°。这8个基本电压空间矢量如图3所示,其中6个非零矢量分别位于一个正六边形的6个顶点位置,它们将空间划分为I~VI6个扇区,而两个零矢量位于原点。 由于逆变器输出电压空间矢量只可能位于8个离散的状态,因此无法产生真正的连续电压空间矢量运行轨迹。对于给定的输出电压矢量 u r u_r ur指令,只能通过这8个电压矢量的合成来实现。例如在图3中,电压指令 u r = u r α + u r β u_r=u_{r\alpha}+u_{r\beta} ur=urα+urβ位于第一扇区,假设PWM周期 T T T很小, u r u_r ur在此期间内保持不变,则可以让逆变器输出 V 0 V_0 V0、 V 7 V_7 V7、 V 1 V_1 V1和 V 2 V_2 V2各一段时间,使其产生负电机定子磁链的作用等效于指令 u r u_r ur。各基本电压量的组合方式有多种,最常用的是所谓的7段式组合,如表2所示。 表2 SVPWM输出电压矢量的7段式组合 仍以第一扇区为例,在7段式工作方式下三相上桥臂的驱动信号时序如图4所示: 其中
T
0
T_0
T0、
T
1
T_1
T1和
T
2
T_2
T2分别为半个开关周期内,零矢量、
V
1
V_1
V1和
V
2
V_2
V2的作用时间。为了使得对定子磁链的作用等效,需满足如下式子: 因此,可推导出各基本矢量的作用时间。一般地,对任一扇区内的电压指令
u
r
=
u
r
α
+
u
r
β
u_r=u_{r\alpha}+u_{r\beta}
ur=urα+urβ,两个相邻非零矢量
V
k
V_k
Vk和
V
k
+
1
V_{k+1}
Vk+1的作用时间
T
k
T_k
Tk和
T
k
+
1
T_{k+1}
Tk+1分别为: 而零矢量的作用时间为: T 0 = T s 2 ( T k + T k + 1 ) T_0=\frac {T_s}{2}(T_k+T_{k+1}) T0=2Ts(Tk+Tk+1) 在SVPWM的具体实现时,通常先要计算电压指令所在的扇区,再根据表2选择恰当的基本电压矢量,计算各基本矢量的作用时间。SVPWM线性调制区位于六边形内切圆内,因此线性调制时所能输出的最大电压矢量幅值为: 2 3 U d × 3 2 = U d 3 \frac {2}{3}U_d \times \frac {\sqrt 3}{2}=\frac {U_d}{\sqrt 3} 32Ud×23 =3 Ud,而线电压幅值最大为 U d U_d Ud,故SVPWM的直流电压利用率为100%,明显高于SPWM,这是SVPWM的一大优势。 二、SVPWM的simulink仿真(自带模块)完成SVPWM逆变电路的仿真:三相负载的有功为1kW,感性无功为500Var。调制深度设置为1,输出基波频率为50Hz,开关管频率为1500Hz,采样时间设置为5x10-7s。 1.元器件选取①Powergui ②DC Voltage Source ③Universal Bridge ④Three-Phase Series RLC Load ⑤脉冲发生电路 ⑥测量电路 当m=1时,输出线电压幅值为530V,即直流电压 U d U_d Ud。说明SVPWM的直流电压利用率达到了100%。谐波分量主要分布在开关管频率的整倍数(1500、3000、4500)附近。 三、仿真文件获取 1.积分获取Matlab2017bsimulink仿真文件:SVPWM 2.免费获取 关注公众号【凯期可期】后台回复:电力电子其余电力电子电路 |
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