当前位置：文档之家 › 电压空间矢量PWM技术仿真实现

电压空间矢量PWM技术仿真实现

  • 格式：doc
  • 大小：1.60 MB
  • 文档页数：10

课程名称： 电气装备计算机控制技术 指导老师： 成绩：

实验名称：电压空间矢量PWM技术仿真实现 实验类型： 同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1. 掌握电压空间矢量调制的基本原理

2. 探究SVPWM调制算法的实现方法

3. 研究SVPWM调制技术的优点

4. 掌握运用MATLAB/Simulink实现电气控制相关控制系统的虚拟仿真实验

5. 学会利用SVPWM调制技术实现相应的电气装备控制系统仿真

二、实验内容和原理

1. 实验内容

（1）SVPWM控制算法的仿真分析

（2）SVPWM调制技术在电气控制中的实践验证

2. 实验原理

（1）SVPWM技术简介

PWM技术就是脉宽调制技术，是利用半导体开关器件的导通与关断，把直流电压变为电压脉冲序列，通过控制电压脉冲的宽度或周期以达到控制输出直流电压幅值的目的，或者通过控制电压脉冲序列的周期以达到控制输出交流电压的幅值和频率的目的。

空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是三相输出电压的整体效果，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。

SVPWM与SPWM相比较，绕组电流波形谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更加逼近圆形，而且使直流母线电压利用率有了很大提高。

电压型逆变器同一桥臂上的两个开关的导通与关断通常是互补的，即当桥臂上一个开关到导通的时候，另一个开关就必然关断。输出的电压矢量砸复平面是一个脸变形，采用脉宽调制PWM技术，以较高的频率适当地控制逆变器开关状态的各种组合，使得其输出电压波形是一组宽度按照正弦变化的PWM脉冲波。

（2）死区时间及补偿

实际开关元件由于存储效应的印象，关断都存在着一段时间的延时，为了防止同一桥臂上两个开关同时导通，必须在同一桥臂上一个开关关断和另一个开关导通之间插入一段时间Td，时间Td根据开关元件存储时间的最大值保留一定的安全裕度来选择。延时可以由微机软件的方式产生。

（3）电压空间矢量

如果能够使电压矢量轨迹是一个圆，则磁链矢量的轨迹也将是一个圆。由于逆变器的工作在开关状态，要使电压矢量轨迹是一个理想的圆是不太可能的，但是同样可以考虑用一个N边形来无限逼近理想圆，我们称这个理想圆为电压参考圆。在180°控制模式下，由于在一个几何周期内，逆变器只输出六个电压矢量，每一个电压矢量作用π/3，从而电压矢量的轨迹和磁链矢量的轨迹都是六边形。如果能够在这六个电压矢量之间再均匀插入一些其他的电压矢量，则可以用多边形来代替六边形，从而电压矢量的轨迹更加逼近参考圆。

三、主要仪器设备

带有MATLAB/Simulink的PC机一台

四、操作方法和实验步骤

三相电压源逆变器由六个开干元件等效表示。不考虑逆变器桥臂上下开关同时导通的情况，即不考虑死区的情况下，上下桥臂的开关呈现互逆的状态。三相逆变器实际运行中只有6个有效空间电压矢量U1~U6，和两个零矢量U0、U7，六个有效空间矢量吧向量空间分为了6个不同扇区。

0011U0113U0102U1106U1004U1015UⅠⅠⅠⅠⅠⅠ2333333312222211111

SVPWM控制仿真实现过程可分为

（1）根据输入的参考电压Uα和Uβ，计算出空间电压矢量所处的扇区

（2）计算两个有效矢量和零矢量的作用时间T1、T2和T0

（3）计算三角波调制后产生的三相PWM脉冲前沿延迟时间爱你Ta、Tb、Tc

（4）根据扇区号选用A、B、C三相对应的脉冲前沿延迟时间T1、T2、T3

（5）输出三相SVPWM脉冲控制信号

1. 扇区选择

要进行SVPWM调制，首先必须genuine参考电压Uα和Uβ判断电压空间矢量所处的扇区。若扇区标记为N，按照上图中划分方法，对参考电压Uα和Uβ进行2/3变换，可得

UUa

UUUb2123

UUUc2123

计算得到Ua、Ub、Uc之后，就可以根据以下规则来计算扇区符号

12324NNNN

0,00,11aaUUN

0,00,12bbUUN 0,00,1333UUN

2. 矢量作用时间计算

要获得更多的与U1~U6相位不同的新的电压空间矢量，就可以利用他们的线性组合，即利用各电压矢量作用时间的不同，来等效合成所需电压空间矢量。例如，设在U4作用时间为T1，在U6作用时间为T，总的平均作用时间为T，则可以根据平均值等效定理可得

TUTUTUS2614

T为控制周期，T不一定等于T1与T2之和，所以利用T0来补充

为了使输出的PWM波形在一个载波周期内对称，把每个矢量的作用时间都一分为二，同时把零矢量时间等分割两个零矢量U0、U7，在一个控制周期内产生的开关序列就是

04677640UUUUUUUU

每段作用时间为T/8，其中每段零矢量作用时间为T0/4，每段U4和U6作用时间为T1/2和T2/2。

将第三扇区的电压矢量合成单独画出

根据上图集合关系可以推出

60tan41UUTTU

60sin62UTTU

将dcUUU3264代入上面两个式子可得

dcUTUUT)2323(1 dcUTUT32

当US处于其他扇区时，根据以上步骤同理可求得各矢量作用时间。不同扇区两个乡里有效矢量可以归纳为三个值的运算，因此令

dcUTUX3

dcUTUUY)2323(

dcUTUUZ)2323(

各扇区矢量作用时间计算结果如表1所示

扇区号

I

II

III

IV

V

VI

T1 Z Y -Z -X X -Y

T2 Y -X X Z -Y -Z

T0 T-T1-T2

扇区经过调制处理，为了避免T1+T2>T，可以对其进行饱和判断，若T1+T2>T，取

2111TTTTT

2122TTTTT

3. 三相PWM脉冲前沿时间计算

计算出T1、T2之后，可以根据扇区号N来算出各扇区内三相脉冲的对应延迟时间Ta、Tb、Tc

定义三个脉冲延迟时间为

)(4121TTTTa

)(412211TTTTTTab

)(412212TTTTTTbc

Ta为最大宽度脉冲前沿切换点，Tb为第二宽度的脉冲切换点，Tc为最小宽度脉冲前沿切换点。从图1选取A、B、C三相脉冲前沿时间Ta、Tb、Tc。各扇区内赋值表如下

扇区号 I II III IV V VI

T1 Tb Ta Ta Tc Tc Tb

T2 Ta Tc Tb Tb Ta Tc

T3 Tc Tb Tc Ta Tb Ta

4. 三相SVPWM脉冲输出

有了三相脉冲的前沿延迟时间后，可以与三角载波进行比较，子啊播周期设为T，载波幅值设为T/2，在Ta（或Tb、Tc）与载波的前腰交点处，脉冲由0到1，在后腰交点处，脉冲由1到0，形成了SVPWM脉冲，在经过滞环比较器的短延迟，最后分解为6路脉冲桑三相变流桥的控制输入端

五、实验数据记录和处理

电压空间矢量PWM实验主仿真模型

判断扇区的仿真模型

XYZ计算仿真模型

T1、T2计算仿真模型

Ta、Tb、Tc仿真模型

PWM脉冲调制与输出模型

Uα参考电压波形图 Uβ参考电压波形图

判断矩阵输出N脉冲波形图

X参考电压波形图 Y参考电压波形图

Z参考值波形图

T1波形图 T2波形图

Ta波形图（马鞍波）

Tb波形图（马鞍波）

Tc波形图（马鞍波）

PWM脉冲调制与输出pulses波形图

六、实验结果与分析

（1）Uα与Uβ

Uα与Uβ相差90°，结果波形显示也正常。

（2）T1与T2

dcUTUUT)2323(1

dcUTUT32

从图上可以看到，T1和T2大约相差九十度相位角，T1与T2都是三角波。

（3）XYZ

dcUTUX3

dcUTUUY)2323(

dcUTUUZ)2323(

XYZ的波形为正弦波形，幅值相对于Uα与Uβ有所减小。

（4）Ta、Tb与Tc

)(4121TTTTa

)(412211TTTTTTab

)(412212TTTTTTbc

Ta、Tb、Tc呈现马鞍波的形状，是PWM特有的波形状态，类似于一次谐波加上相差180°的三次谐波合成之后的波形。实验图片与预期状态相符，仿真实验较为成功。 七、讨论、心得

1. 本次实验让我们真正体验了一次用计算机软件matlab里面的simulink软件来对电机进行仿真。

2. 本次实验连接线路部分的难点在于线路的冗杂与寻找元件。虽然实验指导书里面的线路已经很清晰，但是由于连接线路过于繁多，有些时候还是很难看清。例如，在两个模块T1、T2计算仿真模块和Ta、Tb、Tc仿真模块中，Multiport switch的线路连接较多，并且容易看错或者看漏，需要多多检查；寻找元件的难处主要在于布尔模块和逻辑运算“非”的寻找，在模块库搜索引擎里面搜索布尔模块是不会搜索得到的，布尔模块在模块库里是位于Signal Attributes里面的Data Type Conversion，双击模块之后改变模块功能才能得到布尔模块；非逻辑运算则是在逻辑库Logic and Bit Operation里面的Logical Operator，双击模块，将默认选取的AND与逻辑运算改为NOT非逻辑运算。

3. 本次实验的第二个难点在于如何选取正确的参数来调试得到马鞍波。根据实际情况，参考电压Uα和Uβ都是频率为50Hz的正弦波，其中参考电压Uβ应比Uα超前90°相位角。Udc和Ts虽然可以随便选取，但是根据实际情况，将Udc和TS分别设计为200V以及0.02s。参考电压幅值则是通过调试之后显示的波形明显程度来决定，不能过小，此处我选择了300V电压幅值。

4. 当确认连接线路无误以及参数调节完毕之后，接下来就到了调试仿真的步骤。第一次仿真并没有成功，原因在于Multiport Switch的参数Diagnostic for default case里面默认设置为Error，需要将其改为None才能运行成功。接下来再次仿真不会出现错误，不过用示波器观察波形发现，波形的平滑性非常不好，原因在于步长的选择上，simulink里面默认的补偿选择为自动，并且选点都是5000为最大。此时，应该打开simulink菜单里面的simulation下的Model Configuration Parameters选项，在弹出的对话框中改变Max step

size和Min step size，将其改为0.001~0.002或者0.003，改变后再次仿真则会出现平滑的曲线

合集下载

三相电压型SVPWM整流器仿真研究

三相电压型SVPWM整流器仿真研究

三相电压型SVPWM整流器仿真研究

一、概述

随着电力电子技术的快速发展，三相电压型SVPWM（空间矢量脉宽调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在新能源发电、电机驱动、电网治理等领域得到了广泛应用。SVPWM技术以其独特的调制方式，能够实现输出电压波形的高精度控制，提高整流器的电能转换效率，降低谐波污染，成为现代电力电子技术的研究热点。

三相电压型SVPWM整流器的基本工作原理是通过控制整流器的开关管通断，将交流电源转换为直流电源，为负载提供稳定、可靠的直流电能。在SVPWM调制策略下，整流器能够实现对输入电压、电流的高效控制，使电网侧的功率因数接近1，从而减小对电网的谐波污染，提高电能质量。

为了深入了解三相电压型SVPWM整流器的性能特点，本文将对其仿真研究进行深入探讨。通过建立整流器的数学模型，利用仿真软件对其进行仿真分析，可以直观地了解整流器在不同工作条件下的运行特性，为实际工程应用提供有力支持。仿真研究还可以为整流器的优化设计、参数选择等提供理论依据，推动三相电压型SVPWM整流器技术的进一步发展。 三相电压型SVPWM整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在现代电力电子技术中具有重要的应用价值。通过仿真研究，可以深入了解其性能特点，为实际应用提供有力支持，推动相关技术的不断发展。

1. 研究背景：介绍三相电压型SVPWM整流器的研究背景及其在电力电子领域的应用价值。

能源转换效率的提升：在当前的能源结构中，电力是最主要的能源形式之一。电力在传输和分配过程中往往存在损耗和污染。三相电压型SVPWM整流器作为一种能够实现AC（交流）到DC（直流）高效转换的装置，能够显著提高能源转换效率，降低能源浪费，从而满足日益增长的能源需求。

电网稳定性的改善：随着可再生能源的快速发展，电网的稳定性问题日益突出。三相电压型SVPWM整流器具有快速响应和精准控制的特点，能够有效地改善电网的电能质量，提高电网的稳定性。同时，其高效的能源转换特性也有助于缓解电网的供电压力。

基于Simulink的三相逆变SVPWM的仿真实现(精)

基于Simulink的三相逆变SVPWM的仿真实现(精)

Simulink 是MTALAB 最重要的组件之一，它提供一个动态

系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在实际设计之前利用

Simulink 进行仿真不仅可以降低设计成本，还能及时发现设计中存在的问题，加以改正。本文给出了基于Simulink 的SVPWM

控制策略仿真的全过程和结果。

1

SVPWM 的原理介绍

SVPWM ，即空间电压矢量控制法，它的主要思想［1］是以三

相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成

PWM 波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正

弦波电源，而空间电压矢量控制法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。

相比于传统的SPWM 法，SVPWM 有如下特点［2］

：

1）在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉

及一个器件，所以开关损耗小。

2）利用电压空间矢量直接生成三相PWM 波，计算简单。 3）逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM 逆变器输出电压高15％

SVPWM 控制的实现［3］通常有以下几步：（1）坐标的变换

三相逆变系统有三组桥臂，设a 、b 、c 分别表示三组桥臂的开关状态，上桥臂导通下桥臂关断时其值为1，反之则为0。那么

可以得到三相逆变器输出的相电压和线电压之间的关系如下：

V a V b V c 2222

2

222＝V dc 2－1－1－12－1

－1－1222

a b 22

c

（1）

其中，V dc 为逆变桥直流电压，令U＝[a，b ，c]表示一个矢量，当a 、b 、c

分别取1或者0的时候，该矢量就有8中工作状态，分别为[0，0，0]，[0，0，1]，[0，1，0]，[0，1，1]，[1，0，0]，[1，0，1]，[1，

1，0]，[1，1，1]，如果我们用U 0和U 7表示零矢量，就可以得到6

三电平SVPWM算法研究及仿真

三电平SVPWM算法研究及仿真

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。

电压空间矢量脉宽调制的算法仿真实现

电压空间矢量脉宽调制的算法仿真实现

第２９卷第２期　２００７年４月　宜春学院学报（自然科学）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙｉｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ｓｏｃｉａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２００７　

电压空间矢量脉宽调制的算法仿真实现　

江风云　・　

（１．南昌大学，江西　南昌　３３００４７；２．宜春学院，江西　宜春３３６０００）　

摘要：详细分析了ＳＶＰＷＭ原理，介绍了ＳＶＰＷＭ的产生过程，利用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ实现了ＳＶＰｗＭ　

关键词：电压空间矢量脉宽调制；ＳＰＷＭ；ＭＡＴＬＡＢ；仿真　

中图分类号：ＴＭＩ３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—３８０Ｘ（２００７）０２—００６２—０２　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓｐａｃｅ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｊｉａｎｇ　Ｆｅｎｇ—Ｙｕｎ’’　

（１．ＮａｎＣｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮａｎＣｈａｎｇ　３３００４７　Ｃｈｉｎａ；２．Ｙｗｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓ￣ｙ，ｙｉｃｈｕｎ　３３６０００　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＳＶＰＷＭ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　Ｖｅｎ　ｏｕｔ，ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ，ａｃｌｄｅＶｅｄ　ＳＶＰ－　

ＷＭ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｐａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ；ＳＰＷＭ；ＭＡＴＬＡＢ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

传统的ＳＰＷＭ控制技术主要着眼于使逆变器输出电压　

尽量接近正弦波，对电流波形一般只能采取间接控制．而　

在实际应用中，异步电机需要输入电流尽量接近正弦波，　

从而在空间上形成圆形旋转磁场，产生稳定的电磁转矩．　

如果对准这一目标，按照跟踪圆形磁场来控制ＰＷＭ电压，　那么控制效果就会更直接；这就是“磁链跟踪控制”的基　

本思想．磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以　

这种方法又称“电压空间矢量调制”，即ＳＶＰＷＭ．ＳＶＰＷＭ