三电平svpwm逆变器matlab仿真原理及介绍
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SVPWM的原理和法则推导和控制算法详细讲解SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)是一种三相不对称多电平PWM调制技术。
其原理是将三相电压转换为空间矢量信号,通过调制的方式控制逆变器输出电压,以实现对三相电机的控制。
下面将详细介绍SVPWM的原理、法则推导以及控制算法。
一、原理:SVPWM的原理在于将三相电压分解为两相,即垂直于矢量且相互垂直的两个分量,直流坐标分量和交流坐标分量。
其中,直流坐标分量用于产生直流电压,交流坐标分量用于产生交流电压。
通过对直流和交流坐标的调制,可以生成所需的输出电压。
二、法则推导:1.将三相电压写成直流坐标系下的矢量形式:V_dc = V_d - 0.5 * V_a - 0.5 * V_bV_ac = sqrt(3) * (0.5 * V_a - 0.5 * V_b)2. 空间矢量信号通过电源电压和载波进行调制来生成输出电压。
其中,电源电压表示为空间矢量V。
根据配比原则,V_dc和V_ac分别表示空间矢量V沿直流和交流坐标的分量。
V = V_dc + V_ac3.根据法则推导,导出SVPWM的输出电压:V_u = 1/3 * (2 * V_dc + V_ac)V_v = 1/3 * (-V_dc + V_ac)V_w = 1/3 * (-V_dc - V_ac)三、控制算法:1. 设定目标矢量Vs,将其转换为直流坐标系分量V_dc和交流坐标系分量V_ac。
2.计算空间矢量的模长:V_m = sqrt(V_dc^2 + V_ac^2)3.计算空间矢量与各相电压矢量之间的夹角θ:θ = arctan(V_ac / V_dc)4.计算换向周期T和换相周期T1:T=(2*π*N)/ω_eT1=T/6其中,N为极对数,ω_e为电机的角速度。
5.根据目标矢量和夹角θ,确定目标矢量对应的扇区。
6.根据目标矢量和目标矢量对应的扇区,计算SVPWM的换相角度β和占空比:β=(2*π*N*θ)/3D_u = (V_m * cos(β) / V_dc) + 0.5D_v = (V_m * cos(β - (2 * π / 3)) / V_dc) + 0.5D_w=1-D_u-D_v以上步骤即为SVPWM的控制算法。
三电平SVPWM算法研究及仿真三电平SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)是一种常见的电力电子转换技术,用于控制三相逆变器或变频器输出的电压波形。
本文将着重研究三电平SVPWM算法,并进行仿真评估。
首先,我们来介绍三电平SVPWM算法的原理。
它基于矢量控制(Vector Control)理论,通过在三相逆变器的输出电压空间矢量图上选择合适的电压矢量,以实现所需的输出电压。
1.获取输入信号:通过采样电网电压和电网电流,获取输入信号的相位和幅值。
2.电网电压矢量合成:将电网电压坐标变换到α-β坐标系,然后将三相电压矢量转换为α-β坐标系下的矢量。
3. 电机电流转换:通过坐标变换将α-β坐标系下的矢量转换为dq 坐标系下的矢量,其中d轴是电机电流的直流分量,q轴是电机电流的交流分量。
4. 电机电流控制:通过PI控制器对dq坐标系下的电机电流进行控制,以实现所需的电机电流。
5.电网电压生成:通过逆变器控制器生成电网输出电压的矢量。
6.SVM模块选择:根据电网电压矢量在α-β坐标系下的位置,选择合适的SVM模块进行控制。
7.输出PWM波形:根据选择的SVM模块,将PWM波形通过逆变器输出到电网上。
接下来,我们将进行三电平SVPWM的仿真评估。
仿真环境可以使用Matlab/Simulink或者PSCAD等软件。
首先,我们需要建立三电平逆变器的模型,包括电网电压、逆变器、电机等组成部分。
然后,编写三电平SVPWM算法的仿真程序。
在仿真程序中,通过输入电网电压和电机负载等参数,我们可以模拟电网电压和电机电流的变化情况。
然后,根据三电平SVPWM算法,计算逆变器输出的PWM波形,并将其作为输入给逆变器,从而实现对电网电压和电机电流的控制。
最后,通过仿真结果分析三电平SVPWM算法的性能,包括输出波形的失真程度、功率因数、谐波含量等。
并与传统的两电平SVPWM算法进行对比,评估其性能优势。
摘要近年来,三电平逆变器在大容量、高压的场合得到了越来越多的应用。
在其众多的控制策略中,SVPWM算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点。
本文首先对三电平逆变器技术的发展状况进行了综述,分析了三电平逆变器的几种拓扑结构,控制策略以及各自的优缺点。
其次,以二极管箝位式三电平逆变器为基础,阐述了三电平逆变器的工作原理、数学模型,分析了空间电压矢量控制策略的原理,对三电平逆变器空间电压矢量的控制算法进行了改进,引进了大扇区和小三角形的判断方法,给出了扇区和小三角形区域的判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量作用时间和作用顺序以及开关信号的产生方法。
最后,采用MATLAB/Simulink进行仿真分析,一个一个模块的搭建仿真模块,然后把各个模块连接起来,实现了对三电平逆变器的SVPWM控制算法的仿真,观察系统的输出波形,分析波形,并进行比较,验证了算法的可行性。
关键词:三电平逆变器空间电压矢量控制(SVPWM) MATLAB仿真ABSTRACTRecently, three-level inverter in the large capacity and high pressure situation got more and more applications fields. Among many of modulation strategies, SVPWM has been one of the most popular research points. The main advantages of the strategy are the following: it provides larger under modulation range and offers significant flexibility to optimize switching waveforms, it is well suited for implementation on a digital computer, it has higher DC voltage utilization ratio. Initially, summing up the development condition of three-level inverter technology, analyzed the structure of three-level inverter topological, the control strategy and their respective advantages and disadvantages.Secondly, the paper based on the ground-clam -p diode type three-level inverter, expounds the work principle of three-level inverter, and analyzes the principle of the SVPWM. By improving the three-level inverter SVPWM control algorithm, this paper introduces the estimation method of the big sectors and the small triangles, and proposes the judgment rules for large sector and triangle region and puts forward the corresponding output sequence of the synthesis reference voltage vector and optimizes the function sequence of switch vector.Finally ,using MATLAB/SIMULINK to carry on the simulation analysis. Building the simulation system model to realized to three-level inverter SVPWM control algorithm, and to confirmed the algorithm feasibility.Keywords:Three-level inverter; space voltage vector control (SVPWM); MATLAB simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 拓扑结构 (2)1.2.2 控制策略 (5)1.3 课题任务要求 (6)1.4课题重点内容 (6)2 三电平逆变器的原理 (7)2.1二极管箝位型三电平逆变器 (8)2.1.1二极管箝位型逆变电路的工作原理 (8)2.1.1 二极管箝位型逆变电路的控制要求 (11)2.1.2 三电平逆变器的数学模型 (11)2.2 三电平SVPWM控制技术 (14)2.2.1三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换 (14)2.2.1 SVPWM控制原理 (16)3 三电平SVPWM算法研究 (19)3.1 参考矢量的位置判断 (19)3.1.1 扇区判断 (19)3.1.2 小三角形的判断 (20)3.2 输出矢量的确定 (21)3.3计算各个矢量的作用时间 (21)3.4 空间电压矢量作用顺序 (23)4 三电平逆变器的MATLAB仿真 (26)4.2 扇区的判断 (27)4.3 小三角形判断 (28)4.4 时间计算 (29)4.5 矢量的作用顺序 (29)4.5.1七段式SVPWM时间分配 (29)4.5.2矢量状态次序 (29)4.6 矢量状态到开关状态 (33)5 三电平逆变器的仿真结果分析 (35)总结 (46)参考文献 (48)致谢 (49)1 绪论1.1 课题目的及意义从20世纪90年代以来,以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的发展受人关注,并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构。
基于SVPWM 三相逆变器在MATLAB 下的仿真研究摘要:介绍了电压空间矢量脉宽调制控制算法的基本概念; 并简要介绍了利用多种实际矢量合成所需电压矢量的方法及具体的实现算法; 最后,利用 Matlab 的 Simulink 工具箱,建立了SVPWM 逆变器的仿真模型,通过仿真波形可知,该算法是正确的,并分析了逆变器输出的交流电压和电流的谐波。
关键词:SVPWM 、Simulink 、三相逆变器0 引 言电压空间矢量脉宽调制( Space Vector PWM,SVPWM) 控制技术,也称作磁链跟踪控制技术,它是从控制交流电动机的角度出发,最终目的是在电动机气隙空间形成旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩。
空间矢量脉宽调制方法依附其优越的性能指标、易于数字化实现等优点,自提出以来就成为研究的热点,不仅可以应用在各种交流电气传动系统中,而且在电力系统功率因数的调节以及各种利用清洁能源发电的分布式发电系统中都有很好的应用前景。
1 SVPWM 逆变器的原理1.1 电压空间矢量电压空间矢量是研究交流电动机三相电压与电动机旋转磁场关系而提出的虚构物理量。
在空间按 120°对称分布的三相电机定子绕组上施加三相对称电压()1)32sin()32sin(sin ⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫+=-==πωπωωt U u t U u t U u m c m b m a在定子绕组中即产生定子电流和磁通。
对单个绕组而言,产生的磁通是脉振的,它仅在固定的绕组轴线位置上有大小和方向的变化,但是在三相绕组的配合作用下,在电机的气隙中就产生了合成的旋转磁场。
电压和电流是时间变量,并没有空间的概念,但是电动机三相绕组产生的旋转磁场是空间和时间的变量,它的大小和空间位置随时间变化,一般以矢量表示。
时空变化的旋转磁场由三相电压产生,为了描述三相电压与电动机旋转磁场的关系,提出了电压空间矢量的概念。
电压空间矢量反映了三相电压综合作用的效果,三相电压与电压空间矢量的关系由 Park 变换来表示:)2()(322401200 j C j B j S e u e u e u u A ++=式中,u s 为电压空间矢量,u A 、u B 、u C 为三相相电压,2/3为变换系数,指数项表示了三相绕组的空间位置。
用MATLAB 仿真SVPWM 模块,给出程序和输出波形?1 SVPWM 仿真原理SVPWM 是确定三相逆变电源电力电子器件开断时刻的一种方式。
三相桥式逆变电路每个桥臂有两个开关管,其开关信号互补。
三相桥式逆变电路各桥臂通断状态的组合为6个有效的空间矢量V4(100)、V6(110)、V2(010)、V 3(011)、V1(001)、V5(101)和2个零矢量V0(000)、V7(111)。
为了得到旋转空间矢量V ,在不降低直流电压利用率情况下能调控三相逆变器输出的基波电压和消除低次谐波,可用矢量V 所在扇区边界的两个相邻特定矢量Vx 和Vy 及零矢量Vz 合成一个等效的电压矢量V ,调控V 的大小和相位。
则在时间很短的一个开关周期Ts 中,矢量存在时间就由组成这个区域的两个相邻的非零矢量Vx 存在Tx 时间、Vy 存在Ty 时间以及零矢量Vz 存在T0时间来等效,即VxTx+VyTy+VzT0=VTs=V(Tx+Ty+T0)(1)将Vx=2/3VD 、Vy=2/3VDej600、Vz=0代入上式,得)60sin(30θ-=VdcVplm Ts Tx (2) θsin 3VdcVplm Ts Ty =(3) )30cos(3100θ--=VdcVplm Ts T (4) 通过矢量V 所在的二维静止坐标系α轴和β轴的分量u α、u β来计算电压矢量所在的扇区(我们把圆周分成6个扇区,扇区序号用N 表示)。
若u β>0,则A=1,否则A=0;若3u α-u β>0,则B=1,否则B=0;若-3u α-u β>0,则C=1,否则C=0。
扇区N=A+2B+4C 。
每个扇区内的矢量有扇区所在的两个边界矢量和零矢量共同合成,其作用时间如上所说。
利用MATLAB/SIMULINK 仿真,其仿真框图如下图3.1 基于SVPWM逆变器仿真框图图3.1中SVPWM模块为根据空间矢量控制方法确定电力电子器件开关时刻模块。
三电平逆变器的SVPWM控制与MATLAB仿真研究三电平逆变器是一种常用的电力电子设备,具有输出波形质量高、效率高、功率密度大等优点。
SVPWM是一种常用于三电平逆变器的控制算法,可以实现对输出电压的精确调节。
本文将对SVPWM控制算法进行研究,并使用MATLAB进行仿真验证。
首先,介绍三电平逆变器的基本原理。
三电平逆变器由两个半桥逆变器和一个中间电压平衡电路组成。
其工作原理是通过控制两个半桥逆变器的开关状态,将输入直流电压转换为输出交流电压。
为了实现高质量的输出波形,需要对逆变器的开关状态进行精确控制。
SVPWM是一种常用的控制算法,通过控制逆变器的开关状态来实现对输出电压的精确控制。
SVPWM控制算法的基本原理是将三相交流信号转换为空间电压矢量,然后通过控制逆变器的开关状态来实现对输出电压的调节。
该算法采用三角波进行调制,根据三角波和参考信号之间的相位差确定逆变器的开关状态。
具体来说,根据参考信号和三角波的相位关系,可以将逆变器的开关状态分为六个不同的区间。
在每个区间中,逆变器的开关状态发生变化,从而实现对输出电压的调节。
为了验证SVPWM控制算法的性能,我们使用MATLAB进行仿真。
首先,我们需要建立逆变器的数学模型。
逆变器的数学模型可以通过电路方程和开关动态方程来建立。
然后,我们可以编写MATLAB代码来实现SVPWM控制算法。
在代码中,需要定义参考信号和三角波的频率和幅值,并根据相位差确定逆变器的开关状态。
最后,我们可以通过MATLAB的仿真工具来模拟逆变器的工作过程,并观察输出电压的波形和频谱。
通过对SVPWM控制算法的研究和MATLAB的仿真验证,可以得出以下结论。
首先,SVPWM控制算法可以实现对三电平逆变器输出电压的精确控制。
其次,通过调整参考信号和三角波的频率和幅值,可以实现不同频率和幅值的输出电压。
最后,MATLAB的仿真工具可以有效地验证SVPWM控制算法的性能,并对三电平逆变器的工作过程进行可视化分析。
基于Matlab的三电平SVPWM逆变器的仿真实现常国祥;金琴;宋红超;赵杰【摘要】A neutral point clamped three-level inverter is used to explain the scheme. We briefly analyze working principle and algorithm of SVPWM, proposing a simple building method of sector judge-ment model basedon Matlab. Through the observation and analysis of the simulation waveform, the cor-rectness of the algorithm is verified, also providing the basis for debugging and studying the actual hard-ware circuit.%以二极管钳位式三电平逆变器为研究对象,介绍了SVPWM的原理、算法,在Matlab的基础上提出了一种简单的扇区判断模型的搭建方法。
通过对仿真波形的观察、分析,验证了算法的正确性,也为实际电路的调试、研究提供了依据。
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P42-44,57)【关键词】SVPWM;Matlab;逆变器;仿真;节能减排【作者】常国祥;金琴;宋红超;赵杰【作者单位】黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】TP391.920世纪80年代,A.Nabae等人首次提出了中点钳位式逆变器,它的出现为高压大容量电压型逆变器开辟了一条新思路。