SVPWM在現(xiàn)代串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的MATLAB仿真研究

三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等許多優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛應(yīng)用。但在采用較簡(jiǎn)單的方法調(diào)速時(shí)，性能遠(yuǎn)不如直流電動(dòng)機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體制造技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，以變頻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速為代表的復(fù)雜調(diào)速技術(shù)控制電路因性能不斷提升、成本不斷下降而獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　繞線式異步電動(dòng)機(jī)多采用串級(jí)調(diào)速方法, 由于這種調(diào)速方法可以將串入附加電動(dòng)勢(shì)而增加的轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)或電動(dòng)機(jī)軸上，克服了以往轉(zhuǎn)子回路需要串電阻的缺點(diǎn)，提高了調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性，具有節(jié)能作用，可以使系統(tǒng)獲得較高的運(yùn)行效率。圖1是斬波串級(jí)調(diào)速原理圖,它在轉(zhuǎn)子直流回路中加入了直流斬波器,通過調(diào)節(jié)斬波器的占空比實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的無級(jí)調(diào)速。斬波串級(jí)調(diào)速技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),特別在高壓大中型電動(dòng)機(jī)節(jié)能應(yīng)用方面前景光明。

　　對(duì)于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中逆變控制器多采用SPWM控制技術(shù),而SVPWM控制技術(shù)是一種優(yōu)化了的PWM控制技術(shù)，和傳統(tǒng)的SPWM相比，SVPWM 具有直流利用率高(比傳統(tǒng)的SPWM提高了約15%)、諧波少、控制簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。而且電壓空間矢量的不同調(diào)制方法在不同程度上可以緩解開關(guān)頻率與開關(guān)損耗之間的矛盾。正是由于SVPWM控制技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn),使得本課題的研究具有重要的意義。

　　1 SVPWM脈寬調(diào)制原理及實(shí)現(xiàn)

　　1.1 SVPWM基本原理

　　空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的理想圓形磁鏈軌跡為基準(zhǔn),用逆變器不同的開關(guān)模式產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)磁鏈圓,并由他們比較的結(jié)果決定逆變器的開關(guān)狀態(tài),形成PWM波形,從而達(dá)到較高的控制性能[1]。根據(jù)三相逆變器的工作原理可以知道,逆變橋共有23=8種狀態(tài),若將逆變器的8種狀態(tài)用電壓空間矢量來表示,則形成8個(gè)基本的電壓空間矢量,其中6個(gè)非零矢量,2個(gè)零矢量,每?jī)蓚€(gè)電壓矢量在空間相隔60°,如圖1所示。SVPWM技術(shù)的目的是通過與基本的空間矢量對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)的組合，得到一個(gè)等效的空間旋轉(zhuǎn)電壓矢量Vref（通常稱為參考電壓矢量，其理想軌跡是一個(gè)圓）。圖2中所示六邊形內(nèi)切圓表示SVPWM欠調(diào)制方式下參考電壓的極限值[2]。

　　同樣，可根據(jù)參考電壓矢量的幅值和相角求取其他扇區(qū)的任一基本矢量的作用時(shí)間。在參考電壓矢量作用下，可以獲得幅值近似恒定、頂點(diǎn)沿圓形軌跡運(yùn)動(dòng)、平均速度可調(diào)的矢量。通過調(diào)控Vref的頻率、幅值和相位，即可實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電壓頻率、幅值和相位的控制。

　　1.2 SVPWM算法

　　SVPWM算法實(shí)質(zhì)是通過控制逆變器不同的開關(guān)模式,使逆變器瞬時(shí)輸出的三相脈沖電壓構(gòu)成的電壓空間矢量與所期望輸出的三相對(duì)稱正弦波電壓構(gòu)成的電壓空間矢量相等效。SVPWM信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制需要參考電壓矢量的二維靜止坐標(biāo)系α軸和β軸的分量、以及PWM周期Ts作為輸入,其產(chǎn)生框圖如圖３所示。