SVPWM的研究和MATLAB仿真

SVPWM的研究和MATLAB仿真

摘要：以电机基础理论为出发点，针对SPWM电压利用率低，谐波多和一般空间电压矢量SVPWM（space vector pulse width modulation）结构模糊复杂的缺点，本文通过用MATLAB/simulink平台自行设计的模块，搭建了整套SVPWM系统，并且通过仿真验证了整套系统的正确性和简单易行。

关键词： 空间电压矢量 SVPWM SPWM MATLAB

1引言： 随着微电子技术和电力电子技术的迅速发展，交流电机在数字控制领域越来越被广泛的应用。传统的脉宽调制方法数字化实现比较困难，以及SPWM脉宽调制技术电压利用率低和谐波多等缺点在交流电机调速方面一直未能取得满意的结果。然而空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的出现很好的解决了上述问题。但是目前所普遍采用的SVPWM结构模糊复杂等不足，让人难以理解其实现过程。本文通过用MATLAB/SIMULINK软件平台自行设计的模块，搭建了整套SVPWM系统，并且通过仿真验证了整套系统的正确性和简单易行。

2.1 SVPWM系统设计

系统构成分为四个部分，第一个模块部分是扇区模块，主要计算基础合成矢量所在的扇区。第二模块部分为基础合成矢量作用时间模块，主要计算基础合成矢量的作用时间。第三模块部分为时间顺序模块，主要对不同合成矢量的作用顺序进行组合。第四模块部分为调制部分，主要对前端模块所生成的波形进行PWM调制，按一定频率产生一系列占空比不等的脉冲波。系统的总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

经过前级clark变换后得到两相正交的正弦信号，同时输入扇区计算模块和基础合成矢量持续时间模块。经过扇区计算模块后，把其计算得到的扇区值输入到基础合成矢量持续时间模块，经过计算便可得到不同合成矢量所持续的时间，然后将其时间值输入到时间顺序模块，通过组合计算，输出合成矢量作用时间的波形。

2.1 扇区模块的算法，由给定输入的U ，U 确定电压矢量所在扇区。先计算三个中间变量

B0，B1，B2，其计算过程如下：

B1

B2

B0 U 22

12U

B0 U

B1 sin60U sin30U B sin60 U sin30 U

2

（1）

12

U

在使用符号函数sign(x)

1 0

x 0x 0

计算扇区中间变量P值：

P 4sign(B2) 2sign(B1) sign(B0) （2）

U4

U5

扇区4

扇区3

U3

扇区5

扇区2

扇区6

U6

U1

空间电压矢量扇区图2

其模块原理图如图3

扇区1

U2

扇区模块图3 2.2 基础合成矢量的作用时间模块,

首先计算在不同扇区的基础电压矢量作用的时间t1和t2。SVPWM本质上是在三相正弦波中插入了零序分量的调制波进行规则采样的一种特殊的SPWM，只不过SVPWM的调制实现是在空间中进行的。常规的SPWM是在ABC三相坐标系下分相实现的；SPWM的相电压调制波是很明显的正弦波，而SVPWM没有明确的相电压调制波，是隐含的。由此根据以下公式可以计算出不同扇区的基础合成矢量作用时间。 k k si c tk 33

mTs

sin(k 1) cos(k 1) tk 1

33

cos

sin

（3）

t1

扇区1

： TPWM 2

t2

0

1 U

（4） 2 U 1

同理以此计算出不同扇区的基础电压合成矢量的作用时间。但是，同时满足

TPWM t t2 t0，t0为零矢量作用的时间，t1，t2分别是两个相邻电压矢量的导通时间。如1t1TPWM

t 1

t1 t2

果t1+t2>TPWM； 如果t1+t2<T则t1 和t2持不变。 （5）

tT t 2PWM2 t1 t2

其模块原理图如图4：

时间模块图4

2.3 时间顺序模块

通过上一模块计算出的合成电压矢量的作用时间的中间变量作为该模块的输入，进过组合输出需要调制的时间切换点波形。利用t1,t2计算切换点Ta，Tb，Tc：先计算中间变量Taon，Tbon，Tcon：

Taon (TPWM t1 t2)/4

Tbon Taon t1/2 (6) Tcon Tbon t2/2

则不同扇区内切换点Ta，Tb，Tc可有下表格1得到

其模块原理图如图5

顺序排列图5

其整个系统的仿真结果如下：

图6三相负载的相电流波形

图7空载逆变输出的相电压和线电压

3结论：SVPWM是把逆变器的电动机作为一个整体来考虑，按照产生电机的圆形旋转磁场来控制逆变器的输出电压。通过对整个系统的分析和仿真，很好的验证了本方案的正确性和简单易行。