目录
1. SVPWM介绍
2. SPWM与SVPWM比较
3. SPWM实现SVPWM
3.1 三次谐波注入
3.2 零序分量注入
4. SVPWM信号调制
5. SVPWM逆变器
1. SVPWM介绍
SVPWM是依据空间电压(电流)矢量切换来控制逆变器的一种控制策略,是把逆变器和交流电机视作一个整体,目的在于产生圆形旋转磁场,通过切换逆变器的IGBT/MOSFET开关状态来控制电机的磁场。而电机的磁场可以直接影响电机的电磁转矩,因此可实现对电机磁场和转矩进行控制,也就是实现对电机的“直接转矩控制”。
2. SPWM与SVPWM比较
主要区别如下:
1. SVPWM优化谐波程度比较高,消除谐波效果要比SPWM好,容易实现;
2. SVPWM算法提高了电压型逆变器的直流电压利用率和电机的动态响应速度,同时减小了电机的转矩脉动等缺点;
3. SVPWM比较适合数字控制;
下面主要说明一下SPWM与SVPWM的母线电压利用率比较:
SPWM:
调制比m=1,相电压峰值为母线电压的0.5倍,线电压峰值为母线电压的0.866倍;
SVPWM:
调制比m=1,相电压峰值为母线电压的0.577倍,线电压峰值等于母线电压;
其中,电压峰值=电压有效值
对于相同的直流母线电压,基于SVPWM的逆变器线电压峰值(相电压峰值)比SPWM的最大线电压峰值(相电压峰值)高15.47%。
为了提高SPWM电压利用率,通常可以采用调制波三次谐波注入的方式,将逆变器输出电压提升15.47%,与SVPWM调制得到的电压利用率相同。
题外话:
虽然系统注入了三次谐波,但是对系统的运行和性能没有什么影响:
1. 对于三相无中线系统,如果每相的调制波基波中都注入同样的三次谐波,虽然每相输出电压中都含有同样大小和相位的三次谐波,由于谐波抵消效应,线电压中不会出现三次谐波,三次谐波电压不会产生负载电流,对负载的正常工作不会带来任何影响。
2.对于三角形连接的输出负载,由于谐波抵消效应,负载电压上没有三次谐波电压;即使负载采用星型连接方式,负载相电压和线电压也都不含三次谐波;
除了三次谐波注入提高SPWM逆变器的电压利用率,也可以通过零序分量注入的方式。来实现同等电压利用率的提高,下面一一进行介绍。
3. SPWM实现SVPWM
3.1 三次谐波注入
三次谐波注入的调制波表达式为:
发波电路:
A相的波形:(A_sine为正弦波,A_3rd为A相注入的三次谐波,A_mud为A_sine +A_3rd 相加得到的马鞍形调制波)
3.2 零序分量注入
调制波表达式:
Vo为零序分量,零序分量取值范围为:
其中,
零序分量在此区间范围内可以任意取值。
通常取值方式有以下这三种:
a. 均值零序信号
发波电路:
A相的波形:
b. 极值零序信号
Vo可以取极大值作为零序信号,也可以取极小值作为零序信号:
极大值:
极小值:
发波电路:
A相的波形:
c. 交替零序信号
零序信号取3个给定的正弦瞬时值幅值最大的那个信号,也就是某一瞬间Vo的极大值的幅值大于极小值的幅值,取极大值作为零序信号,反之取极小值。
发波电路:
A相的波形:
4. SVPWM信号调制
本文用均值比较的方式来对SVPWM进行仿真:
下图为马鞍波的发波逻辑:
Va、Vb、Vc为正弦调制信号,Vmin_ab用于比较Va、Vb之间的极小值,Vmax_ab用于比较Va、Vb之间的极大值,实现指令为:
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为Vmin_ab与Vc进行比较,得到三相正弦调制信号的极小值,Vmax为Vmax_ab与Vc进行比较,得到三相正弦调制信号的极大值,实现指令如下:
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与Vmax相加后降幅,再将得到的信号注入Va、Vb、Vc,最终得到马鞍形调制波;
以下为各点波形:
5. SVPWM逆变器
输出电压、电流波形: