变频器SVPWM控制系统设计及仿真毕业设计论文.docx

摘要随着电力电子器件和微处理器芯片的发展，使得数字化变频调速技术成为当代电机控制技术的趋势。传统的SPWM控制算法未顾及输出电流波形，不易于数字化。所以需要更进一步的控制算法，来使电机产生恒定转矩，于是使产生电压空间矢品PWM(SPaCeVectorPu1.seWidthModu1.ation,简称SVPWM)控制算法。变频器SVPWM控制系统就是利用该算法的来对异步电机实行控制的，它的输出谐波小，也使得直流侧的电压利用率提升了15%。本课双变频器的控制芯片是TMS320F2812DSP,采用SVPWM调制技术，产生PWM波形，并对6个IGBT的通断进行控制，从而在电机空间产生圆形旋转磁场，使电机产生恒定转矩。木文最后一章还使用MAT1.AB/SIMU1.1NK对变频瑞SVPVVM进行仿真分析，仿真结果进一步验证了变频SSSVpWM算法的可行性和正确性。关键词：变频器：SVPWM;异步电机：MAT1.AB/SIMU1.1.NK仿真AbstractWiththedeve1.opmentofpowere1.ectronicdevicesandnicroprocessorchips.digita1.frequencyconversiontechno1.ogyhasbecomethetrendofmodernmotorcontro1.techno1.ogy.Thetraditiona1.SPWMcontro1.a1.gorithmdocsnottakeintoaccounttheoutputcurrentwaveform,no1.easytodigitize.ThereibreJheneedtorfurthercontro1.a1.gori1.hms,so(hatthemotorgeneratesaconstanttorque,soitwi1.1.produceavo1.tagespacevectorPWM(SpaceVectorPu1.seWidth,SVPWM).InverterSVPWMcontro1.systemistheuseofthea1.gorithmIocontro1.themotor,itsoutputharmonicissma1.1.,buta1.somakestheDCsidevo1.tageuti1.izationincreasedby15%.Theinvertercontro1.chipisTMS32OF281.2DSP.usingSVPWMmodu1.ationtechno1.ogy.PWMwavefb11n,andthe6IGBTon-offcontro1.,resu1.tinginacircu1.arrotatingmagneticfie1.dinmotorspace,nakesthemotorproduceconstanttorque.Inthe1.astchapterofthispaper,MAT1.AB/SIMU1.INKisUSedtosimu1.atethefrequencyconverterSVPWM.andthesimu1.ationresu1.tsverifythefeasibi1.ityandcorrectnessoftheSVPWMa1.gorithm.Keywords:invcrtcr;SpaceVectorPu1.seWidthMcx1.u1.ation;Asynchronousmotor;SimUIation摘要IAbstractI1绪论11.I课题研究背景及意义I1.2 变频器SVPWM的发展现状和趋势31.3 课题研究要求及任务61.4 论文的主要内容72变频器SVPWM控制系统结构及原理82.1 变频器SVPWM控制系统结构82.2 变频器SVPWM基本原理102.3 变频器SVPWM法则推导：.122.4 变频器SVPWM控制算法143变频器SVPWM控制系统设计223.1 总体设计2232主设计223.3 驱动电路设计243.4 控制电路设计2635软件设计284变频器SVPWM控制系统建模仿真及结果分析294.1 系统仿真模型的建立294.2 系统仿真结果分析34睇38然文献39致谢401绪论1.1 课题研究背景及意义在当今工业社会，能源的有效利用一直是科学研究的重要方向，这关乎与我们的可持续发展，因此，节能研究就显得越来越重要。随着电动机制造技术的进步，电机越来越多的被应用在工业生产、农业生产、科技研究、国防各方面，作为主要的动力设备。从世界范围来看，电机的川电量超过全球各国总用电量的一半以上，约占工业用电量的70也如此之高的一个比例数量：，如能提高用电效率,优化电机控制算法，将具有十分重大的意义。使异步电机和变频器相结合，所组成的交流调速系统具备非常高控制性能.如果能够对电机的调速控制容易实现.那么对电机的高效性并且连续，启动、运行和停止的高频性也就容易实现。在上个世纪，由于电力电子器件的限制，电机控制技术的不成熟。对电机实施高性能控制就很难实现，即便能提高性能，从经济上来说也不划算。更无法大范用的推广此项技术，被人所接受。所以在控制要求高的地方，或是精确调速要求的地方就不会出现异步电机。后来，随着电力电子技术的发展，半导体全控型器件进一步发展，这使得对电机的调速可以实现数字化，对其控制精度也大大的提高.于是使得异步电动在工业上被慢慢应用。同时这些半寻体器件的出现，也使得电机的控制系统大大简化,性能更高、更可鸵、而且经济，这就在很大程度上促使了对异步电机的高性能变频调速的发展。同时，随着微电子技术的发展，微控制粉芯片的推陈出新，结合功率半导体装用和数字控制技术，使变频器的控制更加稳定，所产生的波形更标准，以前不能实现的SVPWM电机控制方法也能实现。现在可以使用变频器SVPWM控制技术来对电动机进行控制，进而满足对电机在工业中的要求，节能与转矩脉动小，具有很高的控制精度。所以对变频器SvPWM控制技术进行深入研究很仃必要，它所在工业控制中所发挥着的作用是不可忽视的。我国是一个工业大国，使用电动机对生产机械进行传动是不可或缺的，一些大型的钢厂、制造业加工厂更加如此，电动机也被广泛应用在生活中，比如我们学校随处可见的电动车，电梯等等驱动传动设备，还有其他社会应用方面。正因为电动机具仃重要的应用,所以我们国家对于它的发展和控制处于高度重视状态。在电气传动实际应用中，运用电动机作为动力来源，给各类生产机械提供原始动力，实现这些要求的同时，我们还需要对其控制精度，性能做出要求，使其既能实现我们的目的，又具有稔定、节能、高精确性的特点，这在以前的实现中还是具有问题的。然而，在还没有变频器的年代，使用的电机基本上都是直流电机，对其调速方法主要是调节它的电枢供电电压的恒转矩调速、改变电机的主磁通，实现无级平滑调速、改变电枢回路电阻，进行电枢回路外事电阻的有级调速。而后来不一样，变频器的出现与应用，大大简化了此前的博杂操作，并且减小r设备体枳，大幅度的减少维修次数，使得操作更加简单和安全。SVPWM技术一出现，就被应用在变顽器中，交一直-交中的最后一个逆变环节，SVPWM算法对三相逆变器控制产生PWM波，进行电机调速,这种调速方式是基于电动机气隙的旋转磁场。产生旋转磁场的上一步是使电机的定子上具有三相对称电压，电压与旋转磁场的方向相互垂直，逆推SVPWM方法，是根据参考电压的大小，来计第所需合成的电压所在区间，利川最近的基本电压矢量对共进行平行四边形法则矢量合成，利用公式计算出基本电压矢量的作用时间，根据产生网形电压空间矢量的原理，防止过调试，使得电压矢量不超调，还需计算出零矢量的作川时间，总的时间电压积分与参考电压枳分相等，在优化逆变器的开关顺序.使遵循每个周期开关相等的原则，产生固定的开关顺序，并且尽可能的选择每次变换只改动一个开关的状态，此时所产生的PwM波用来驱动全控型器件，从而实现SvPWM控制。SVPWM控制方法具有更宽的线性调制范围，因为产生的磁链圆是逼近圆形的，可以十分明显地减少谐波成分，使得转矩脉动明显减小，具有更高的直流电压利用率。况且SVPVVM的控制方法简总、容易实现数字化，这就使得该控制方法被广泛的应用在交流调速中。采用不同的开关顺序还可以最大限度的降低开关损耗，SVPWM控制方法还能够解决压频比的矛盾。正是因为SVPWM控制算法的具有以上优点，所以本课题的应用有现实意义使得本课题的研究具有现实意义。变频器控制的优点：（D对电机的调速当采用变频器进行控制后，能大大减少能量的损耗,尤其是风机、泵类负载，对电能的节约可提高20%60%,如此高的节电率是由于风机的功率与其转速的三次方成正比关系。所以，这个节能是巨大的。由于在实际生产之中，我们应用的此类负载很多，所以在这类负载应用中意义十分明显.(2)变顼器调速在电动机启动、运行、停止方面具有明显的调速优势，通过编程改变其逆变瑞的开关状态,就可以调节输出电压，对电机实施控制。改变其逆变单元的开关管的导通顺序，就可以对输出换相。一般通过变频器启动进行，大部分是从低速开始的，所以其加速减速控制都很平稳，可以进行高频率的启动控制。使用变频器制动的时候，变频器能够使用内部电路将电能回馈电网或是内部电阻进行消耗。当对电机进行制动时，变频器将会直接给电机加压制动，无需外接制动电路进行制动。(3)能够提高工艺水平和产品质量,变频调速是可以在零电压的时候对电机进行启动，当共进行稳定运行之后，变频器是能够按照压频比不变来带动负载运行，这样可以充分减小启动电流，提高绕组的使用寿命，可以减少维修费用，同时变频器进行集成,也大大减小了控制潺的体枳。我国的可持续发展政策离不开环境与能源的相互协调，正因为这变频调速技术的高速发展，使得我们告别了传统的粗放型经济体质，放眼全世界，能源和环境的现状，各个国家越来越重视能源、环境和发展的三位体,协同发展。而此时，变频器对电机调速正好与此切合，各种高性能的电机控制方法得以发挥，满足了，对节电节能，增加系统桎定性和保护电机，减少转矩的波动起到积极的作用，因此，变频器SVPWM控制技术具有广阔的应用发展前景。1.2 变频器SVPwM的发展现状和趋势“我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍然落后于发达国家。随着改革开放，经济高速发展，我国引进了很多最先进的产品。国内许多合资公司已能生产当今国际上最先进的变频调速产品，并对它进行应用软件的开发，为国内外施大工程项目提供一流的电气传动控制系统1”。在变频调速领域，我国虽然取得了很大成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对外国公司的依耐性仍较为严重。我国电气传动与变频技术的发展应用如表IT所示：交流变频调速行业在中国兴起了二十几年，随着我国工业的进步，它的市场容量正逐年的在增长，最近几年的低压、中压、高压变频器市场容员超过160亿元，国内外总计投资的品牌有超过140个,这其中，外资品牌占比不超过30夷但是它的市场份额却行75%之多,可见我国自主的变频器品牌要发展与应用还仃相当长的路要走，任重而道远。当前的交流变频调速行业已经初具规模，变成产业化，具相关从业人员分析，我国市场上的变频瑞预计将在以后十年之内饱和。“在低压变频器广泛应用的今天，交流变频调速传动系统已在市场中占有相当大的比例了，它的性能要更优于直流机械调速12”。表IT我国变箱调速技术发展简史技术特征应用年代带电机扩大机的发电机-电机机组传动20世纪50年代初期、70年代中期未弧整流器供电的直流调速传动20世纪50年代后期'60年代中期磁放大器励磁的发电机-电机机组传动20世纪60年代初期70年代中期晶同管变流器励解的发电机电机机组20世纪60年代后期、70年代后期品闸管变流器供电直流调速传动20世纪70年代初期现在饱和磁放大器供电的交流调速传动20世纪60年代初期'60年代后期静止半级调速交流调速传动20世纪70年代中期现在衢环变流器供电的交流变频调速传动20世纪80年代后期现在电压电流型六脓冲逆变器供电的交流变频调速传动20世纪80年代初期现在BJT（IGBT）PUM逆变器供电的交流变频调速传动20世纪90年代初期'现在变频器的体枳特别小、振动小、噪声小、它对异步电机的控制具有良好的调速性能。异步电机还具有制造购买低成本，且投入运行是更容易维护特点。从工艺设计城杂度大大简化，投资成本也大大减小。总的来说，使用变频器对电机进行调速控制大大提高了电机性能，使其运行更符合工业生产期望，生产质量大大提高，并且改善了工业的生产环境，也使得机械设备的自动化程度更高，“与此同时，还为我们节约能源和降低企业生产成本做出很大的贡献13"。随着全控型快速半导体的发展，使用PVVM脉宽周制技术作为控制方法已越来越普遍，并且在传统的PWM调制方法上面对电机的控制更进一步。PWM调制即产生PWM波（幅值相等而宽度不等的脉冲），对逆变瑞进行控制，当信号较小时，还需外加盟动器，对信号进行放大，控制开关管子的通断，提供对电机控制调速所需的电压。使川一定的调制方法，对不同波形进行调制，使实际施加的电压作用积分的面积相等，通过此种方法时脉冲的宽度进行调制,“就可以改变逆变电路实际输出电压旗.同时,也可改通过改变波形的周期来实现4”°P»¥调速捽制方法具有调节电乐，对谐波进行抑制的作用，也正因为PWM波形调制方法能够使产生的脉冲接近正弦波,并且其控制方法输入因素高。因此对电机来说，要高性能调速，使用PWM波形控制方法就能实现。结合现代电力电子技术，将之与变频器相结合，便能大大简化控制控制电路,并且还能够改善电机控制性能,所以，综介以上分析,PWM技术具备如此多的优点，对其研究就非常有现实意义。如图1.1所示，脉宽调制方法的分类如卜.：图Ij脉宽渊制方法分类变频器SVPWM调速技术是一种粽合性技术，式包括变频器部分，实施大能量的转化,PWM波形的调制逆变部分，整流和逆变产生波形,对电动机进行控制，变频错将电网侧的交流电变换成直流电，然后进行逆变，控制方法是通过电力半导体开关管来实现的，变频器变换有两种方法，第一种是交流直接变成另一频率的交流电，还有一种是交直交，正因为它有这种变换功能，所以变频器是作为一种驱动系统，应用中通常通过改变压频比来实现电机的平滑调速“PWM是英文Pu1.seWidthModu1.ation脉冲宽度调制的缩写，按一定的调制波形方法，“有规律地改变脉冲的宽度，使其具有正弦电压同样面积大小，从而对电路进行控制5"。SVPWM是电压空间矢量控制技术，它通过六个功率开关元件的逆变器，使用特殊的开关组合状态来调节脉宽波形，从而使电机定子绕组得到三相电压，产生.旋转磁场，因为磁场于电压在空间中是相互垂直的，所以又称为磁链跟踪技术。这项技术是从三相输出电压的整体效果出发，若眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。正由于变频器能够使得电机的调速和制动性能提高，并且节约电网电能，还能改善功率因素，以及SVPWM技术使得直流侧电压的利川率提高15%,使用变频耦也能让控制方法数字化，大大简化了控制应用得更杂性。“目前变频器SVPWM控制技术已经成为发展的趋势，并且发展的比较成熟，对这种经济合理的电机调速系统的继续研究也是当今的重大课题16”13课题研究要求及任务目前社会资源短缺，作为主要能源的电能的产生需要消耗一些不可再生能源，例如火力发电的煤，所以，如果我们能在电能的利用上更加高效，这对能源对可持续发展都具有I分重大的意义。所以本文若手于SVPWM高性能控制算:法，来设计变频器SVPWM控制系统，实现节能和具有良好控制性能的电机的要求。本课题的设计基本要求如下：(1)分析变频瑞SVPWM控制系统的基本结构和工作原理：(2)设计变频器SVPWM控制系统的硬件电路(包括主电路、驱动电路、控制电路)，完成赛件选型；(3)建立整个系统的仿真模型，并调试通过；(4)论文书写规范、文字通畅、图标清晰、结论明确：(5)论文字数在1.5万字左右，按进度表完成设计。14论文的主要内容通过查阅大量的参考文献,并对变频器SVPwM的原理进行深入分析，本文有以下内容：第1章主要是对变频器SVPWM控制技术的背景分析以及这项技术对社会发展和能源节约的意义。还介绍了我国变频调速技术的发展历史和发展现状，变须器SVWI控制技术以后的发展趋势。第2章主要介绍变频器SVPWM控制系统的原理，其中包括对变频器SVPWM基本原理、法则推导、控制算法、物理意义的详细分析。第3章主要内容是对变频器SVPWM控制系统的主电路，控制电路，驱动电路的介绍第4串使用仿真软件搭建SVPWM控制模块，然后进行参数的设定，检测各部分是否算法正确，积分环节，反馈环节：最后分析仿真结果，验证该控制算法的可行性。2变频器SVPWM控制系统结构及原理2.1变频器SVPWM控制系统结构“变频器就是将固定频率的交流电转变成频率可调的灵异交流电的转换装置，根据式调速方式中间过程的差异，可将其分为交交变频和交直交变频7”。本系统设计中所用到的是交直交变频调速，所以在本文中将对其变换方法进行详细讲解。交-H-交变频器是先对输入变频器的电压进行整流成直流电，直流环节作为它的中间环节，再逋过其内部的逆变电路将由流电变成交流电。如图2.1所示，其流程便是变频器变换电压的主要原理，该图存在中间内流环节，所以交由交变频也称为间接变境变频器的内部电路还包括整流电路，滤波电路，逆变电路，制动J路，驱动电路，检测电跖,控制电路,本文所介绍的交直交变频的逆变电路开关器件由全控型的IGBT组成，控制其开通关断的波形是通过其内部的DSP芯片所产生的PwM。中间直流环节负毂控制电路整流器图2.1交一直一交变航港基本组成VD1VD3VD5VD4VD6VD2图2.2交一直-交变版器主电路图变压变频器使用SPWM控制控制算法对电机进行控制，主要是要产生正弦的输出电质只照顾到了这点，而没有关注电流的波形，所以其控制方法不彻底.在高性能要求的控制场合，就需要更优质的调速方法来补充这个不足之处。“到后来出现了电流滞环跟踪控制，它使得电流按正茏规律进行波动，虽然它的电流正弦比SPwM方法提高性能，但还不足以实现提高电能利用的目的,所以,便产生了本课题所研究的空间电压矢量控制方法18”。进行反向考虑，SVPWM的控制方法是要在电机的定子上加上三相正弦电流，这样便能在气隙中产生旋转磁场，然而旋转磁场在物理上的意义是电压作用时间的积分，况II.电压也是旋转的.在空间上与旋转磁场垂直，方向沿旋转磁场的切线，如此一来，便能使电机产生一个恒定的电磁转矩，使电机平稳运行，从而满足生产需要，于是，本控制系统基于这点，对电机控制方案实施如下：即将逆变器与电机当做个整体，利用DSP芯片产4PWM波形，控制逆变器的开关管子，并且对导通顺序进行优化处理，从而使得作用在电机上实际的电压矢量后等于期里电压矢量，进行这些工作之后，电机空间上便会形成例形旋转磁场，从而实现所期望的高性能控制。这种控制方法叫做电压空间矢量PWM控制。同时，由于最终的目的是产生近似于国形的旋转珠场，所以乂叫做磁链跟踪技术。“变频器SVPwM控制方法现已趋向成熟，被广泛应用于控制器中，电动汽车，异步电机等的控制器,都有它的身影0".本系统中，该算法处核心控制地位，主要控制电路设计也是SVPWM.变频器SvpWM控制算法在近年来已经成熟被应用，它的最重要的部分在于逆变电路，这是它发挥作用的实际应用处，对三相进行逆变要使用六个功率开关元件。通过对其原理分析以及系列的算法处理，便能得出其介成矢量，以及如何正确选择零矢量，不同的开关模式会产生特定的脉宽调制波形，利用这些个开关器件，能够让输出电流的波形最大程度接近正茏函数的波形，我们通常使用对其芯片进行编程的方法，来使其产生PWM波形。SVPWM技术与SPWM相比较，具有下面几个优点：绕组电流波形的谐波成分特别小，可减少配电系统本身或联接在该系统上的设备故障:使电机运行在个比较稳定的状态。“而I1.这个控制策略也产生电机空间上逼近圆形旋转的磁场使得母线侧的直流电压利用率提高15%,本章下面几节对其添理进行详细分析IOr。2.2变频器SVPWM的基本原理变频器SVPWM的理论基础就是平均值相等，在一个开关周期内使用基本电压矢居对时间进行枳分，在空间上进行矢址的合成，使平均值与给定的电压矢量相等，这就是其控制思想。“其基本实现方法就是先判断参考矢量在哪一个区间.然后把这个扇区内相邻的电压矢量和零矢量进行矢量合成”在一个区间内，通过控制管子的通断来把相邻的电压矢量分多次施加，使得产牛的波形对称，我们控制每个电压矢量的作用时间。最后优化开关作用顺序，把一个扇区分成N个小区间，招形成6N边形，合成的电压空间矢量所产生的逼近圆形的旋转磁场，这些不同的开关状态通过变频器的控制单元产生。最终所产生的近似圆形磁通,便是本控制系统所要控制的目的，假设在直流母线侧电压为U三相相电压在逆变器上出为M、1匕、氏它们各自加在空间上相差为2n/3的坐标上面，这个时候我们可以定义方向始终在各相轴上的、相位相隔2n/3的、幅值随卷:I按正弦波形变化的三个电压空间矢量，它们分别为UAUB1U。现在我们假设Um为相电压的有效值，f是电源的频率，那么就有以下关系：1.m=COSUM8岭-2”/3)(2)Uctn=cos(+2,3)上表达式中.若Q=2fi,那么：Ua)=U+UCQ)J""=2C2O八由此可知空间矢量U.它是可以旋转的,它的最大值为相电压峥值的3/2倍,它是以角频率w2需按逆时针方向匀速旋传的电压空间矢量.“其在三相坐标轴(abe)上的投影为三相对称的正弦殳12”。因为逆变器的三相桥身上一共有6个开关管，为了方便研究，我们定义其开关函数如下S(x=a.b.c):1上桥再导通(23)0卜桥降导通,其中(Sa、Sb、Sc)的所有组合有八种，两个零矢量Io(OOO)、U7(U1.)六个非零矢量U(OO1)、U2(O1.O),U3(Oi1.)XU4(100),U5(IO1.)XU6(I1.O)o下面列出一种情况进行分析：Sx(x=a,b,c)=(100)Uab=UiUhe=OQE=-U1.kuty-Ug=usm)。对4)求解可得：Uan=2Ua/3、Ubn=-Ua/3、Uen=-Ua/3。同理可得其他空间电压矢量，各种情况的空间矢量如卜表所示：零矢量幅值为0,位于圆心，非零矢量的值的大小一样，都为2Uac3每两个矢量之间差113,任意电压矢量都是由相邻两个三1.线矢量根据平行四边形法则进行合成的：WM=rUM+厂Uydt÷JIaM(25进一步等效为：Urer*T=UxT+Uf*,+U0*T0(2.6)表2T所有开关情况与相/跳电压之间的关系SaSbSc矢fit符号线电压相电压13Wx?UCaUaN1.bNUeN0001.b0000001001.UWe00觌颤110&UaUd00I001.McUdc0I1Ui01.cUdeI,001Ui00Ude冬瓢101Wc0Uac也O瓢1111.000000在式（26）中Una为期望的电压矢量值，T是采样周期，Tx、Ty、TO这三者是指在一个采样周期内，非零电压矢量Ux、Uy和零电压矢量UO作用的总的时间：零欠量有两个Ib和G。因为三相正弦波电压在电压空间矢属中合成的是一个等效的旋转电压，它以电源角频率为速度进彳血时针旋转，所走过的轨迹是一个圆。那么如果要合成三相正弦电压，可以按照上面的电压空间矢量图形，以U4为起始位置,每次都加上一个小的增量，这个增量河由冬矢量和非零矢量来合成，其增量:安排应该以减小开关损耗为基础，最终可以得到一个电压矢量圆形轨迹，”达到我们预期的变频器SVBNM电压空间向量脉宽调制的目的13”。2.3变频器SVPWM法则推导给定的三相电压的电压矢量在空间中以一定的速度进行旋转，它的角速度是w=2f.周期T=Uf.我们假设教波频率为f,那么频率比就是R=Of.这时我们可以把电压旋转平面分成R份，这样便能求出电压向量角度的增值，其表达式如下：d=211R=211f7=211TsT（2.7）我们现在假设Urer在I区，那么如图23所示，就可以用两个非零矢量和两个零矢量（U4、U6、U。、U7）来进行合成：Urer*Ts=U4*T4+U6*T6（28）图2.3空间欠收在1区的合成在静止坐标系中，分为。轴和3轴，设IW与5之间的夹角为«,根据三角函数关系可知：（711ecos<?t4÷-t6cosyUresin三t6sin我们使U4和Ug作用,样长的时间，就有U1.=MI=2Ua3,就可以得到每个非零矢炭的作用时间长度，其计算公式如下：T4=w7sin(-<?)3(2.10)Tfi=mT、sinO上式中，”eW麻为调制比，调制比是调制波基波的峰值与载波基波峰Ud值之比。非零向量的分配时间出来了，那么零向量作用的时间长度也就出来了：T7=T0=(Ts-T4-T6)/2(2.11)或者T7=(Ts-T4-T6)根据以上式子，我们可以得出合成Umr的每个矢量作用时间。第一步工作己经完成，下面的主要任务就是来确定怎样产生脉宽调制波形。在SVPwM调制方案里，我们可以尽量让开关在切换的时候能够少变化几个，这样是为了降低损耗。而对于这个要求就可以灵活插入零矢量，并且是插在头尾和中间。让各矢量构成空间矢量序列，排列方式比较多，以下进行介绍.7段式SVPWM为了就减少开关的通断损耗，我们可以把基本矢质的作用顺序进行调整。当每次把基本矢量加上时，尽量只变化一个开关管子。0矢量的选定也也要具有灵活性，一般来说，施加在一个区的开始，中间和末尾，这样便能产生对称PWM波。通过这种方法，能够有效的减少PwM谐波分量，控制电机的时候也不会有很大的转矩脉动，我们可以更平滑地调速，这对控制性能的提升具有明显的意义。下面举例进行分析：把U,(100)转换到I。(000),我们就只要改变A相的对开关。当从U,(100)转换到U?(I1.1.)的时候,那就要改变B、C两相的开关。这样对器件损耗非常大，几乎蚓倍了。所以，我们需要把零向量穿插其中，从而使开关损耗降低。改变U4(100)XU2(010).V,(OO1.)这三个非零矢量时，要配合零矢量UO(000)o当要改变U6（IIO）、U3（01.1.）、U5（100）"这三个非零矢量时，要配合U7（III）。如此便能利用灵活组合开关顺序，获得对称的PwM波“其他扇区情况如下表所示。以1扇区来说，它的三相波形如表中所示。电压矢量的作用航序是：U、U4、U6、U7、U6、U4、Uo,我们可以从表的波形图中看到开关切换顺序跟三相波形图是互相时应的。当到达下一个扇区时，UrCr的力度加一个增量大小，使用式子(2.9)再算出下一个矢量的作用时间，然后得到这个区域的三相波形。这样能够合成一个新的矢量。Urer将会依次到达扇区I、H、I、IV、V、VI。一个周期下来，可以产生R个合成矢量。2. 4变频器SVPWM控制算法SVPWM算法调制的首先公式是确定电压空间矢盘处上哪一扇区，这是由非零矢量Ua和US决定得。我们先假设电压空间矢盘处于第一扇区，那么Ua和US的角度处于0到60°之间,“再结合平行四边形法则，进行矢盘合成，就能够判断合成的电压空间矢量U4”。Uref所在的位置开关切换顺序三相波形图*>IIIIIIIIIaIIIIIIIIIII区(0°O60e).4-6-7-7-6-4.:I'；'；'1.1.JjI,!,1Ifi1.1.aIIIIIIiII卜“UUHH,11IHS<60vWoW1.20").2-6-7-7-6-2.°J，：,I，0卜T2-M-T77TJTU对其所在扇区的充要条件进行详细分析可知，参考电压矢量Urer是UgN3Ua-Ugf1.1.-J3U0-U共同决定的。所以设：(2.13)5=uttU、三-(-2“2UTU1.二表2-3Uref处于第几届区的充要条件削区落在此坳区的充要条件1Ua>O,UpO且&/Ua<3I1.1.a>0,且UsU<jI>3IIIUa<O,Up>0Ji-1.pUa<J3IVU4<O,Us<O且U3/U。<3V7<0且一反/|11。>3VIUa>O,Up<O且-UoU。<3假设U1>O,则那么A=I.要不然A=O;假设U2X).则那么B=I,要不然B=O;若假设U3>0.那么C=1.要不然C=0。有择列组合可知A.B.C之间可以有8种组合。根据判断Uref所在陶区可以看出A,B,C不会同时取零或者一，减去这两种情况，其他组合还剩余6种。对6种状态进行判断，我们设N=4*C+2*B+1*A,再根据下表进行简单的逻辑运算以及加减运算就可以计算出N值与扇区对应关系，从而判断Ure所在的区间。这对提升系统响应速度具有非常大的意义。表2-4N值与酎区对应关系N315I2U区号IIIII1.IVVVI基本矢量作用时间和三相PWM波形合成:以前我们对SVPWM的计算是使用式(2.10)中的空间角度和正弦定理。然而这样就使得我们计算基本矢量的作用时间变得熨杂起来。其实在控制策略上面，我们可以充分利用Ua和UP这样能使得计算大大地简化。我们假设UrCf在第I区，实施如下分析：经过整理后得出：小"兀+3）（2.15）%-J，警句再根据以上公式，我打何以求得U在其他的区间的作用时间，求得的结果见衣2-5.所以，我们可以根据公式（2.13）对空间矢量所在的闹区进行判断，然后再也据表25时矢Ift的作用时间进行确定.“得出我们所需要的结果,计数占空比，再插入零矢加，就俄实现电压空间矢邢:PwM克法（15”。为了使变频器SVPWM能适应多个电压等级的情况,我们对它进行标么值转化.实际的电压等于标么值与电压暴值之乘积。其中电压暴值等于系统的额定电压值的根号三分之二倍.Unm可被看做是机电压的峰值.用变频器的的PWM模块为例，设开关频率f。时钟£再依照PWM的预期要求，我们是想设f一定且计数器NTPWM为g位时。对时间转化成计数值的推导：其中u：（IM为加而的标么械设发波系数K1.=叵等但？同理可得%=KSVPWM吟U：-容）=KxvpwmUt由公式（2.16）可得,如果零矢量的作用时间无限小的时候那么相反的一面.非零矢量的时间特别长，这个时候合成的电压空间矢量最大,摄据图2.5,可以得到它的最大值不会超过6边行的外线“如果超过.你之为过调制。这个时候的PWM波形就公失真.表2-5每个扇区矢fit作用的时间南区时间IT1.号5rf.-杳It/,TNQKSV呷加2TNe=Ksvpwm1.J1.TN4=TnTne=TnyI1.1.一著STv2=Ksvm1.TNKsvpum1.3Tn,=TNxTneJnyI1.ir3T1.HU2%5Tv2=KsvptoI11三KSVPwmU；Tnj=TnxTns=TnyIV，爰r.,Uj.71.=Kx,pwmUT八KsvpwfnUt1Tnt=TnxTn>=TnyVTQ.,T1.dU,SajTM=KsvpWHtUT*<=KsvpmnU'Tni=TnxTns=TnyVI唔U3%UT心二Ksvpvm1.BTws-Ksvpv111.iiTN1=TnTn5=Tn变频器SvPwM控制系统，就是要使得调制的电压矢量接近图2.5所示的内切圆.使逆变勇输出最大正弦相电压为三分之根号三倍相电压.倘若使用三和SPWM进行调制，那么逆变器它所能够产生的最大相电压只有U/2°很明显，SVPWM比SPUM的算法具有更高的电压利用率，将两者进行比较,通过结果可以看出SVPWM的电压利用率高于SPWM的15.47%t如图2.5所示，若合成电压空间矢量超过了内切网，证明发生了波形失真。图2.5SVPWM电压矢鼓的分布我们通常所说的过调制，那么就必须要对它采取措施。我通过采比例缩小算法来进行解决这一问题。假设每个扇区中先发生的矢量所持续的时间是TnXt后发生的矢量所持续的时间是弥丫。如果Tx+TyTnWH,就没有失真，合成矢量处于图形内。如果TnX+Tn卢TnPMV1.时，表明波形发生失真。这个时候就要进行以下工作：发生过调制，致使波形失真，因为mE零矢量的作用时间太长，而零矢量的作用时间太短。从这一点开始入F,我就增加零矢量的作用时间，把非零欠量的作用时间适当减少。设过调制时，非零电压矢量的持续时间为n11M根据比例关系：(2.17)再利用一下公式得出TNX',TNy,No,TN7:(2.18)所以，我们可以利用这些量之间的关系，计算出每个用到的矢量的持续时间。确定U馆厮在扇区，再根据变频器SVKM的原理，算出每一相映射的比较器的值。其具体运算如下：PWM比较方式,计数值相差180°段数以倒三角计数，对应计数器的值以正三角计数计数器的值7N_=77V7,H/TNTPWW-7J,2J三TNPWM-一心N1.-TNP1.1.M-N1-x.N1.=INrPWM-T1.T1.1.J2Nj=Ni+乙Na=NJ+T”5Num-TNPWMNj-TNPWM-s.N-TNPWM-Ni-7Z-OZf=TZyZ=Z“S+Tzv同理可得1扇区5段时的比较器的值：同理可推出其他扇区的比较器的计数器的值。（Ntaon、NtbOn、NtCon）件扇区时间分配见下表。我们给比较器加入相应的时间，便完成J'变频器SVPwM的原理。表2-6各扇区比较器（内计数假崩区123456TaN1.aonNtbonNconNtconNtbonNtaonTbNtbonNtaonNtaonNtbonNiconNteonT.NtconNconNtbonNtaonNaonNibon3变频器SVPWM