可得:
T6T4???|Uref|cos??T|U4|?T|U6|cos3?ss??|U|sin??T6|U|sin?ref6?T3s??轴 (1-9)
?轴因为 |U4|=|U6|=2Udc/3 ,所以可以得到各矢量的状态保持时间为:
???T4?mTSsin(??) 3???T6?mTSsin?(1-10)
式中m为SVPWM调制系数,m?3UrefUdc。(调制比=调制波基波峰值/载波基波峰值) 而零电压向量所分配的时间为: 或
T7=(TS-T4-T6)
(1-12)
T7=T0=(TS-T4-T6)/2
(1-11)
得到以 U4、U6、U7及 U0合成的Uref的时间后,接下来就是如何产生实际的脉宽调制波形。在SVPWM 调制方案中,零矢量的选择是最具灵活性的,适当选择零矢量,可最大限度地减少开关次数,尽可能避免在负载电流较大的时刻的开关动作,最大限度地减少开关损耗。
一个开关周期中空间矢量按分时方式发生作用,在时间上构成一个空间矢量的序列,空间矢量的序列组织方式有多种,按照空间矢量的对称性分类,可分为两相开关换流与三相开关换流。下面对常用的序列做分别介绍。
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1.2.1 7段式SVPWM
我们以减少开关次数为目标,将基本矢量作用顺序的分配原则选定为:在每次开关状态转换时,只改变其中一相的开关状态。并且对零矢量在时间上进行了平均分配,以使产生的 PWM 对称,从而有效地降低 PWM 的谐波分量。当 U4(100)切换至 U0(000)时,只需改变 A 相上下一对切换开关,若由 U4(100)切换至 U7(111)则需改变 B、C 相上下两对切换开关,增加了一倍的切换损失。因此要改变电压向量 U4(100)、U2(010)、 U1(001)的大小,需配合零电压向量 U0(000),而要改变 U6(110)、U3(011)、U5(100),需配合零电压向量 U7(111)。这样通过在不同区间内安排不同的开关切换顺序,就可以获得对称的输出波形,其它各扇区的开关切换顺序如表 1-2 所示。
表 1-2 UREF所在的位置和开关切换顺序对照序
UREF 所在的位置 开关切换顺序 01三相波形图 Ts111110Ⅰ区(0°≤θ≤60°) …0-4-6-7-7-6-4-0… 0011110000001000T0/2T4/2T6/2T7/2T7/2T6/2T4/2T0/2 Ts00111100Ⅱ区(60°≤θ≤120°) …0-2-6-7-7-6-2-0… 0010101011101000T0/2T2/2T6/2T7/2T7/2T6/2T2/2T0/2 Ts00011000Ⅲ区(120°≤θ≤180°) …0-2-3-7-7-3-2-0… 0111111000111100T0/2T2/2T32T7/2T7/2T3/2T2/2T0/2 第7页共23页
Ts00011000Ⅳ区(180°≤θ≤240°) …0-1-3-7-7-3-1-0… 0011110001111110T0/2T1/2T3/2T7/2T7/2T3/2T1/2T0/2 Ts00111100Ⅴ区(240°≤θ≤300°) …0-1-5-7-7-5-1-0… 0001100001111110T0/2T1/2T5/2T7/2T7/2T5/2T1/2T0/2 Ts01111110Ⅵ区(300°≤θ≤360°) …0-4-5-7-7-5-4-0… 0001100000111100T0/2T4/2T5/2T7/2T7/2T5/2T4/2T0/2 以第Ⅰ扇区为例,其所产生的三相波调制波形在时间 TS时段中如图所示,图中电压向量出现的先后顺序为 U0、U4、U6、U7、U6、U4、U0,各电压向量的三相波形则与表1-2 中的开关表示符号相对应。再下一个 TS 时段,Uref的角度增加一个d?,利用式(1-9)可以重新计算新的 T0、T4、T6及 T7值,得到新的合成三相类似新的三相波形;这样每一个载波周期TS就会合成一个新的矢量,随着θ的逐渐增大,Uref将依序进入第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ区。在电压向量旋转一周期后,就会产生 R 个合成矢量。
1.2.2 5段式SVPWM
对7段而言,发波对称,谐波含量较小,但是每个开关周期有6次开关切换,为了进一步减少开关次数,采用每相开关在每个扇区状态维持不变的序列安排,使得每个开关周期只有3次开关切换,但是会增大谐波含量。具体序列安排见下表。
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表1-3 UREF所在的位置和开关切换顺序对照序
UREF 所在的位置 开关切换顺序 11三相波形图 Ts1111011110Ⅰ区(0°≤θ≤60°) …4-6-7-7-6-4… 001110T4/2T6/2T7/2T7/2T6/2T4/2 Ts011111111111Ⅱ区(60°≤θ≤120°) …2-6-7-7-6-2… 001110T2/2T6/2T7/2T7/2T6/2T2/2 Ts001100111111Ⅲ区(120°≤θ≤180°) …2-3-7-7-3-2… 011110T2/2T3/2T7/2T7/2T3/2T2/2 Ts001100011110Ⅳ区(180°≤θ≤240°) …1-3-7-7-3-1… 111111T1/2T3/2T7/2T7/2T3/2T1/2 Ts011110001100Ⅴ区(240°≤θ≤300°) …1-5-7-7-5-1… 111111T1/2T5/2T7/2T7/2T5/2T1/2 第9页共23页
Ts011110001100Ⅵ区(300°≤θ≤360°) …4-5-7-7-5-4… 011110T4/2T5/2T7/2T7/2T5/2T4/2 1.3 SVPWM 控制算法
通过以上 SVPWM 的法则推导分析可知要实现SVPWM信号的实时调制,首先需要知道参考电压矢量Uref(期望电压矢量)所在的区
图1-4 电压空间向量在第Ⅰ区的合成与分解
间位置,然后利用所在扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量来合成参考电压矢量。图1-4是在静止坐标系(α,β)中描述的电压空间矢量图,电压矢量调制的控制指令是矢量控制系统给出的矢量信号Uref,它以某一角频率ω在空间逆时针旋转,当旋转到矢量图的某个60°扇区中时,系统计算该区间所需的基本电压空间矢量,并以此矢量所对应的状态去驱动功率开关元件动作。当控制矢量在空间旋转360° 后,逆变器就能输出一个周期的正弦波电压。
1.3.1 合成矢量Uref所处扇区 N 的判断
空间矢量调制的第一步是判断由 Uα和Uβ所决定的空间电压矢(Uref)量所处的扇区。假定合成的电压矢量落在第 I 扇区,可知其
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