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本文主要是關(guān)于svpwm變頻調(diào)速的相關(guān)介紹，并著重對(duì)svpwm與SPWM進(jìn)行了詳盡的區(qū)分介紹。
SVPWM
SVPWM的主要思想是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開(kāi)關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤其準(zhǔn)確磁鏈圓。傳統(tǒng)的SPWM方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來(lái)考慮，模型比較簡(jiǎn)單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。
原理
普通的三相全橋是由六個(gè)開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的三個(gè)半橋。這六個(gè)開(kāi)關(guān)器件組合起來(lái)（同一個(gè)橋臂的上下半橋的信號(hào)相反）共有8種安全的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 其中000、111（這里是表示三個(gè)上橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)）這兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中都不會(huì)產(chǎn)生有效的電流。因此稱其為零矢量。另外6種開(kāi)關(guān)狀態(tài)分別是六個(gè)有效矢量。它們將360度的電壓空間分為60度一個(gè)扇區(qū)，共六個(gè)扇區(qū)，利用這六個(gè)基本有效矢量和兩個(gè)零量，可以合成360度內(nèi)的任何矢量。
當(dāng)要合成某一矢量時(shí)先將這一矢量分解到離它最近的兩個(gè)基本矢量，而后用這兩個(gè)基本矢量去表示，而每個(gè)基本矢量的作用大小就利用作用時(shí)間長(zhǎng)短去代表。用電壓矢量按照不同的時(shí)間比例去合成所需要的電壓矢量。從而保證生成電壓波形近似于正弦波。
在變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，矢量方向是連續(xù)變化的，因此我們需要不斷的計(jì)算矢量作用時(shí)間。為了計(jì)算機(jī)處理的方便，在合成時(shí)一般是定時(shí)器計(jì)算（如每0.1ms計(jì)算一次）。這樣我們只要算出在0.1ms內(nèi)兩個(gè)基本矢量作用的時(shí)間就可以了。由于計(jì)算出的兩個(gè)時(shí)間的總和可能并不是0.1ms（比這小），而那剩下的時(shí)間就按情況插入合適零矢量。 由于在這樣處理時(shí)，合成的驅(qū)動(dòng)波形和PWM很類似。因此我們還叫它PWM，又因這種PWM是基于電壓空間矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。
svpwm變頻調(diào)速原理
SVPWM原理
電壓空間矢量PWM（SVPWM）的出發(fā)點(diǎn)與SPWM不同，SPWM調(diào)制是從三相交流電源出發(fā)，其著眼點(diǎn)是如何生成一個(gè)可以調(diào)壓調(diào)頻的三相對(duì)稱正弦電源。而SVPWM是將逆變器和電動(dòng)機(jī)看成一個(gè)整體，用八個(gè)基本電壓矢量合成期望的電壓矢量，建立逆變器功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并依據(jù)電機(jī)磁鏈和電壓的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)恒磁通變壓變頻調(diào)速。若忽略定子電阻壓降，當(dāng)定子繞組施加理想的正弦電壓時(shí)，由于電壓空間矢量為等幅的旋轉(zhuǎn)矢量，故氣隙磁通以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)，軌跡為圓形。
SVPWM比SPWM的電壓利用率高15%，這是兩者最大的區(qū)別，但兩者并不是孤立的調(diào)制方式，典型的SVPWM是一種在SPWM的相調(diào)制波中加入了零序分量后進(jìn)行規(guī)則采樣得到的結(jié)果，因此SVPWM有對(duì)應(yīng)SPWM的形式。反之，一些性能優(yōu)越的SPWM方式也可以找到對(duì)應(yīng)的SVPWM算法，所以兩者在諧波的大致方向上是一致的，只不過(guò)SPWM易于硬件電路實(shí)現(xiàn)，而SVPWM更適合于數(shù)字化控制系統(tǒng)。
圖 1中，開(kāi)關(guān)矢量［ a b c ］T共有8種取值，即6個(gè)IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合一共有8個(gè)，這8種開(kāi)關(guān)組合決定了8個(gè)基本空間矢量，如圖3所示。將兩個(gè)相鄰的基本空間矢量 U0和 U60所包圍的電壓Uout映射到和軸6-8上，得到式1，其中 T表示一個(gè) PWM 周期時(shí)間長(zhǎng)度，T1和T2分別是在一個(gè)周期時(shí)間T中基本空間矢量U0和U60各自的作用時(shí)間，T是零矢量在一個(gè)周期中的作用時(shí)間，T0+T1+T2=T。
如果定義式2，則可以得到每個(gè)扇區(qū)中包圍這個(gè)扇區(qū)的兩個(gè)基本矢量在一個(gè)PWM周期中的作用時(shí)間T1和 T29-10}，如表 1所示。
對(duì)于式3，定義3個(gè)變量a，b，c，如果Vref1》0，則a=1，否則a=0；如果 Vref2》0，則 b=1，否則b=0;如果Vref3》0，則c=1，否則c=0。設(shè)N=4c+2b+a，則很容易得到N與扇區(qū)數(shù)sector的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1。
為了保證三相橋臂在一個(gè)PWM周期中導(dǎo)通的占空比，所應(yīng)設(shè)置的比較值分別定義為Tcm1，Tcm2和Tcm3，并定義式4，則N與扇區(qū)數(shù)sector及Tcm 1，Tcm2和Tcm3的關(guān)系如表1所示。將Tcm1，Tcm2和Tcm3與設(shè)置為連續(xù)增 /減模式的DSP芯片定時(shí)器進(jìn)行比較后得到PWM脈沖 ，控制圖1中的3個(gè)橋臂的通斷，從而在PM SM的3相定子繞組產(chǎn)生相位差為120°的正弦波形電流 ，形成圓形磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
svpwm與SPWM區(qū)別
按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（SPWM），這種序列的矩形波稱作SPWM波。
圖為三相PWM波形，其中
urU、urV、urW為U，V，W三相的正弦調(diào)制波uc為雙極性三角載波；
uUN’、uVN’、uWN’為U，V，W三相輸出與電源中性點(diǎn)N之間的相電壓矩形波形；
uUV為輸出線電壓矩形波形，其脈沖幅值為+Ud和-Ud；
uUN為三相輸出與電機(jī)中點(diǎn)N之間的相電壓。
經(jīng)典的SPWM控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。而電流滯環(huán)跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只要求正弦電壓前進(jìn)了一步。然而交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。
如果對(duì)準(zhǔn)這一目標(biāo)，把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)控制逆變器的工作，其效果應(yīng)該更好。這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，而磁鏈的軌跡是交替是由使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。
隨著逆變器工作狀態(tài)的切換，電壓空間矢量的幅值不變，而相位每次旋轉(zhuǎn)π/3，直到一個(gè)周期結(jié)束。這樣，在一個(gè)周期中6個(gè)電壓空間矢量共轉(zhuǎn)過(guò)2π弧度，形成一個(gè)封閉的正六邊形。
在一個(gè)周期內(nèi)，6個(gè)磁鏈空間矢量呈放射狀，矢量的尾部都在O點(diǎn)，其頂端的運(yùn)動(dòng)軌跡也就是6個(gè)電壓空間矢量所圍成的正六邊形。
在任何時(shí)刻，所產(chǎn)生的磁鏈增量的方向決定于所施加的電壓，其幅值則正比于施加電壓的時(shí)間。如果交流電動(dòng)機(jī)僅由常規(guī)的六拍階梯波逆變器供電，磁鏈軌跡便是六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這顯然不象在正弦波供電時(shí)所產(chǎn)生的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)那樣能使電動(dòng)機(jī)獲得勻速運(yùn)行。如果要逼近圓形，可以增加切換次數(shù)，設(shè)想磁鏈增量由圖中的11，12，13，14這4段組成。這時(shí)，每段施加的電壓空間矢量的相位都不一樣，可以用基本電壓矢量線性組合的方法獲得。
傳統(tǒng)的SPWM方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源為目的。SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來(lái)考慮，模型比較簡(jiǎn)單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。SVPWM本身的產(chǎn)生原理與PWM沒(méi)有任何關(guān)系，只是像罷了，SVPWM合成的驅(qū)動(dòng)波形和PWM很類似，因此我們還叫它PWM，又因這種PWM是基于電壓空間矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。
綜上所述，SVPWM與SPWM的原理和來(lái)源有很大不同，但是他們確實(shí)殊途同歸的。SPWM由三角波與正弦波調(diào)制而成，而SVPWM卻可以看作由三角波與有一定三次諧波含量的正弦基波調(diào)制而成。相比之下SVPWM的主要有以下特點(diǎn)：
（1）在每個(gè)小區(qū)間雖有多次開(kāi)關(guān)切換，但每次開(kāi)關(guān)切換只涉及一個(gè)器件， 所以開(kāi)關(guān)損耗小。
（2）利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)單。
（3）逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比一般的SPWM逆變器 輸出電壓高15%
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于svpwm變頻調(diào)速的相關(guān)介紹就到這了，希望本文能對(duì)你有所幫助。
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評(píng)論