基于简化SVPWM调制的T型变换器解耦控制

基于Simulink的SVPWM控制方法仿真吕莹;林联伟【摘要】SVPWM(空间矢量脉宽调制)是一种将三相交流电机等效为两相直流电机的控制方式.由于SVPWM控制方法具有电流谐波小、转矩脉动小、低噪声、控制电路简单、可靠性高等优点,因此被广泛应用于电机控制领域.通过介绍SVPWM的基本原理,提出一种简单的SVPWM的控制方式并在PMSM电机上应用,最后经过MATLAB/Simulink建立控制模型,进行仿真计算,验证了所述方法及理论.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】4页(P39-42)【关键词】空间矢量脉宽调制;永磁同步电机;仿真模型【作者】吕莹;林联伟【作者单位】株洲易力达机电有限公司,湖南株洲412000;株洲易力达机电有限公司,湖南株洲412000【正文语种】中文【中图分类】TM3410 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)是一种采用高能永磁体为转子的电机，具有结构简单、尺寸灵活、响应快、效率高、便于控制的优点，因此得到广泛应用[1]。

随着电力电子技术、微处理器技术的推广，PMSM 的控制方式普遍采用矢量控制(Vector Control),这种控制方式需要进行坐标变换。

SVPWM也是矢量控制的一种，通过在电流和速度双闭环中生成SVPWM控制信号实现对电机控制[2]。

但由于在该算法中需要进行几次坐标变换，不利于控制系统中的参数调整和测试验证。

本文作者使用一种简化的PMSM控制系统，减少坐标变换，并使用MATLAB/Simulink进行仿真测试，便于算法优化及参数调整。

1 永磁同步电机数学模型当三相绕组通入对称的正弦波三相电流，电机内部产生旋转磁场，该磁场和转子的磁场相互作用，从而使电机旋转[3]。

在坐标系中观察，若将PMSM转子固定在d-q旋转坐标系上，转子与q轴重合，d轴与q轴垂直，则PMSM的定子转矩方程为(1)PMSM的定子电压方程为(2)式中：ud、uq为定子电压在d-q轴的电压分量；id、iq为定子电流在d-q轴的电流分量;Rs为三相定子绕组相电阻;ψd、ψq为定子磁链在d-q轴磁链分量；ωe 为转子机械角速度。

三电平svpwm的等效简化控制算法1三相SVPWM的简易控制算法三相SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种三电平的有效调制技术，该技术可以实现完全电平控制。

在这种技术中，模拟功率可以由六个不同的电平信号组成，从而对电源进行可控。

尽管SVPWM具有很好的优势，但是使用SVPWM进行控制会产生大量的运算量和复杂性，因此尝试简化该控制算法。

为了简化SVPWM控制算法，研究者们提出了一种名为“等效SVPWM”的控制算法。

等效SVPWM是一种基于交流逆变器算法的分析，它可以有效地实现多级ZVT的功率控制。

等效SVPWM的思想是，在整个逆变器行程的每个阶段，只控制其中一个独特的三角形，而不是六个相互交替的三角形，从而实现简单的控制算法，减少控制的负载和复杂性。

2等效SVPWM的工作原理等效SVPWM的工作原理是，它把输入端的电子逆变器抽象为一个ABC结构，这个ABC结构有三个节点，A，B和C。

等效SVPWM控制算法从A节点到BC，依次做6次变换，然后从BC到A，即由一个负边依次切换到另一个负边，从而实现输入端的电压的变换。

在等效SVPWM的控制算法中，每个阶段只控制一个三角形，而不是六个相互交替的三角形，这样可以简化控制算法，减少调制模块中的逻辑，节省功耗，并降低计算复杂度。

3等效SVPWM的优势等效SVPWM控制算法具有许多优势，这些优势在于它比传统SVPWM 控制算法具有更低的运算复杂度，可以实现快速的响应，并有可能更大限度地提高效率。

同时，等效SVPWM比其他常见的低阶调制技术具有更高的调制步长，更准确的调制效果，更好的利用率。

针对有源补偿，等效SVPWM技术可以进一步提高系统的效率，同时通过改善功率损耗质量来提高系统性能。

此外，由于等效SVPWM技术可以大大降低复杂性，因此也可以用于削减体积，减少成本。

4结论从上面的讨论可以看出，等效SVPWM控制算法是目前最先进和最有效的三电平SVPWM控制算法，它具有低复杂度，快速响应，高调制步长，准确调制，有效利用率，有效的功率损耗质量和低成本的优势。

基于SVPWM算法的数字控制三电平逆变器的研究作者：杨裕翠宋毅来源：《电子世界》2012年第20期【摘要】三电平逆变器属于电压型逆变器，它是多电平逆变器中比较有实用意义的一种电路，本文通过深入论述三电平逆变器SVPWM的基本原理及算法特点，总结了SVPWM的应用特点，为其能在工程领域应用提供一定的工程参考价值。

【关键词】逆变器；SVPWM；数字控制1.引言与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器自从上世纪80年代提出以后，逐步成为目前在系统设计和工程应用研究的热点之一。

三电平逆变器属于电压型逆变器，它是多电平逆变器中比较有实用意义的一种电路。

三电平逆变器具有好的输出电压、电流波形；器件具有两倍的正向阻断电压能力；能降低开关频率，从而使系统损耗减小让低压开关器件应用于高压逆变器中，然而由于其逆变状态比传统的两电平逆变器多若干倍，以及中点电压的不均衡问题给三电平逆变器带来了很多控制方面的复杂性。

多电平逆变器的思想提出至今，出现了许多控制方法，但归纳起来主要有三种：正弦载波PWM（SPWM）、选择性消谐波PWM（HEPWM）、空间矢量PWM（SVPWM）。

2.三电平逆变器SVPWM方法的原理空间矢量PWM（SVPWM）是国外学者在交流电机调速中提出的，是由磁通轨迹控制思想发展而来的，其物理概念清晰，能明显减少逆变器输出电流的谐波成分，以及输出电压利用率高、中点电位易于控制平衡和功率管的开关次数较少，更容易且适合数字化实现。

SVPWM 一经问世，就成为三相逆变器中最重要的调制方式。

它用空间矢量的概念来计算开关作用时间，是一种简化的数字PWM调制。

SVPWM又称磁链追踪型PWM法，它是从电动机的角度出发，其着眼点是如何使电动机获得圆磁场。

具体地说，它是以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，在追踪的过程中，逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。

解耦控制IGBT—SPWM变频调速系统
李刚;夏新顺
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】1996(018)005
【摘要】在建立VSIM系统的线性多变量数学模型的基础上,为解决模型的耦合问题,应用不变性原理和Rosen-brock逆奈氏法设计解耦预补偿器,实现了对角优势解耦,使VSIM系统变成两个相互影响很小的单变量系统。

本系统以8098最小系统为控制器构成微机化静音式解耦控制IGBT SPWM变频调整系统。

实验结果表明:系统结构简单、操作方便、输出波形好,调速范围宽,适合于一般性能要求的异步机变频调整。

【总页数】5页(P10-14)
【作者】李刚;夏新顺
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.51
【相关文献】
1.基于SPWM控制的交流电动机变频调速系统 [J], 马磊
2.基于IGBT电压源型的SPWM异步电动机变压变频调速系统设计 [J], 赵瑞林;孟彦京
3.冷库用矢量控制电流滞环SPWM变频调速系统的研究 [J], 潘湘高;李晓峰;杨斌文
4.全数字控制IGBT-SPWM交流变频调速系统的研究 [J], 孙守信;胡家运;王永强
5.IGBT—SPWM变频调速系统的研究 [J], 李铁鹰;张刚
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一直以来对SVPWM 原理和实现方法困惑颇多，无奈现有资料或是模糊不清，或是错误百出。

经查阅众多书籍论文，长期积累总结，去伪存真，总算对其略窥门径。

未敢私藏，故公之于众。

其中难免有误，请大家指正，谢谢！1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。

空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。

SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。

下面将对该算法进行详细分析阐述。

1.1 SVPWM 基本原理SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。

在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。

两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。

逆变电路如图 2-8 示。

设直流母线侧电压为Udc ，逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC ，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。

假设Um 为相电压有效值，f 为电源频率，则有：⎪⎩⎪⎨⎧+=-==)3/2cos()()3/2cos()()cos()(πθπθθm Cm B m A U t U U t U U t U （2-27） 其中，ft πθ2=，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量 U(t)就可以表示为：θππj m j C j B A e U e t U e t U t U t U 23)()()()(3/43/2=++= （2-28）可见 U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um 为相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴（a ，b ，c ）上的投影就是对称的三相正弦量。

基于三电平典型拓扑结构的SVPWM调制策略研究作者：王超然刘宇蝶来源：《无线互联科技》2024年第12期摘要：當前，我国的新能源技术面临发电量受外界因素影响较大、电能不能稳定输出等问题，大功率变换器的使用是解决此问题的关键，多电平逆变器能够满足大功率变换器的高压大功率化需求。

文章以T型三电平逆变器为研究对象，分析了其调制算法和中点电位平衡问题，并进行了仿真验证。

根据空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）算法的原理，文章分析了中点电位不平衡对空间电压矢量作用的不良影响。

基于MATLAB/Simulink平台，文章搭建了仿真模型，仿真结果证明了三电平SVPWM算法对中点平衡控制策略的有效性。

所提方法能够弥补原有算法操作复杂的不足，对三电平乃至多电平逆变器的工程应用具有促进作用。

关键词：T型三电平逆变器；中点电位不平衡；SVPWM算法中图分类号：TM464；TP273文献标志码：A0 引言随着现代电力电子技术的迅速发展，适用于不同场合的多电平逆变器所具有的拓扑结构层出不穷，所对应的调制算法也千差万别。

T型三电平逆变器利用2个反向串联的功率开关管将直流母线侧的中点与输出端相连，实现中点箝位功能和零电流切换。

当中点电位发生变化时，T型三电平逆变器拓扑能够解决上、下桥臂的开关管功率损耗分布不均的问题，但存在中点电位动态不平衡的问题［1］。

空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）的算法原理是将逆变器的输出状态转化为空间电压矢量，通过空间矢量的切换控制三电平变流器的开关管工作。

SVPWM算法所形成的系统模型简单，输出波形在大范围调制比内具有良好的性能、较小的输出谐波含量以及较高的电压利用率，易于实现抑制中点电位波动、减小谐波含量、减少开关频率等控制目标［2］。

因此，本文以三电平T型逆变器为研究对象，深入研究其SVPWM策略，弥补原有算法复杂、实际操作困难的缺陷；利用简易算法实现T型三电平逆变器的SVPWM；建立MATLAB/Simulink模型，分析了SVPWM算法对中点电位不平衡问题的抑制作用。

基于简化SVPWM调制的T型变换器解耦控制杜韦辰【摘要】针对传统三电平矢量调制策略区间划分繁琐、计算复杂等缺陷,分析给出了简化三电平SVPWM调制策略的数字化实现方法,并进一步提出了调制策略矢量时间的计算方法与扇区判断方案.为验证调制策略的可靠性,基于T型三电平变换器进行了必要的仿真与实验验证,结果表明,文中简化三电平SVPWM调制策略可靠性高,网侧电流输出波形质量良好,动静态性能优良.%In view of the traditional three-level space vector modulation ( SVM ) requires a large calculation of partitioning and voltage vector, a simplified three-level vector modulation strategy is pres-ented. The calculation method and judgment principle of vector judgment of the modulation strategy vector time are proposed. To test and verify the correctness of the validity of the simplified SVPWM modulation method, a necessary simulation and experimental verification are carried out based on T-type tri-level converter, the result shows that the proposed methods effectively simplifies the vector operation, the qual-ity of grid current and dynamic static performance is good.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】5页(P39-43)【关键词】T型三电平整流器;简化SVPWM调制;单位功率因数;PI控制【作者】杜韦辰【作者单位】兰州石化职业技术学院,兰州730060【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言与传统的三相两电平变换装置相比，三相三电平电能变换器由于具有开关电压应力小、网侧电流谐波少、电磁兼容性好、功率密度高且开关损耗小等优势，在现代中小功率场合得到广泛应用[1-2]。