电力电子SVPWM五段法仿真

SVPWM的MATLAB仿真实现

【仿真要求说明】

利用MATLAB中Simulink产生DPWM2普通五段法的SVPWM的PWM波形，其中调制比m 作为输入变量，在60s内m从0线性增加到1.154。另外基波频率50Hz，PWM频率10KHz。【仿真设计说明】

1.将三相正弦参考电压变换为空间参考矢量

三相正弦参考电压频率与基波频率相同为50Hz，将三相电压通过三二变换得到空间参考矢量，三二变换的公式如下：

11

1

22

233

=0

322

222

a

b

c

V U

V U

U

V

α

β

⎛⎫

--

⎪

⎪

⎡⎤⎡⎤

⎪

⎢⎥⎢⎥

-

⎪

⎢⎥⎢⎥

⎪

⎢⎥⎢⎥

⎣⎦

⎣⎦ ⎪

⎪

⎝⎭

在simulink中生成的子系统模块框图如下：

2.确定参考矢量所在扇区

对于空间扇区编号如下：

首先定义三个变量的值：

1A U V β= ；13122B U V V αβ=

- ；13122

C U V V αβ=-- 当三个变量的值分别为正时，对应变量A,B,C 的值是1，否则为0，则23S A B C =++，计算得到的S 的值和扇区标号的对应关系如上图所示。为了方便在仿真过程中，采用S 的值作为扇区标号。

Simulink 中用于判断扇区所搭建的模块框图如下所示：

通过示波器观察输出S 的波形如下：

通过上图结果可以看到，扇区切换的顺序为2,3,1,5,4,6…即矢量图中的逆时针顺序。 3. 合成参考矢量时扇区两矢量的作用时间计算

对于每一个扇区，存在两个相邻的空间基本矢量（每一种开关状态对应一种空间基本矢量），先假设在一个PWM 周期中，扇区逆时针方向上方的矢量作用的时间是1T ，另一个矢量作用的时间为2T 。根据SVPWM 的等效原理，两个矢量和时间的乘积得到的两个矢量合成对应的空间旋转矢量。下面通过对于扇区标号为3的扇区的时间计算进行举例说明时间计算方法：

如上图所示，out U 就是空间旋转矢量，由上面的关系可以得到：

10260

out PWM U T TU T U =+r r r 故110PWM T U U T =r r ，2260PWM

T

U U T =r r

，所以得到： 12060cos

3

PWM

PWM

T T u U U T T π

α=

+

,260sin

3

PWM

T u U T π

β=

通过简单求解可以得到：

13=

(3u u )PWM dc T T αβ- ，23=u PWM

dc

T T β

同样可以计算其他几个扇区的两个矢量的作用时间，得到结果汇总如下： S

1 2 3 4 5 6 1T

Y -X -Z Z X -Y 2T

Z

Y

X

-X

-Y

-Z

其中3X=

u PWM dc T U β，3Y=(3u u )2PWM dc T U αβ+，3Z=(3u u )2PWM

dc

T U αβ-+ 在仿真中该部分内容由下面的子系统实现：

上面两个子系统模块中，第一个用来计算X,Y,Z 的值，第二个利用X,Y,Z 的值分扇区地计算每个扇区的1T 2T 的值。

4. 一个PWM 周期中基本矢量作用的切换时间点

本次仿真采用DPWM2方式，该方式下每个扇区的零矢量选取如下所示：

所以根据波形对称和每次开关状态只能变化一个的要求得到不同扇区的开关状态的切换（即A,B,C 三相的波形）如下表所示： 扇区 1 2 A 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 B 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 C 0

0 0

1

0 0

1

扇区 3 4 A 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 B 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 C 0

1 0

1

1

0 1

1

扇区 5 6 A

1

1

1

1

1

1

B 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0

C 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1

由上面结果看出，每个扇区中一个PWM周期中第一个出现的开关状态都是上面假设的作用时T的那个矢量。

间为

1

计算出来的切换时间最终会与下面所示的三角波进行比较产生IGBT的控制信号：

所以通过设计得到不同扇区的等效调制波的取值如下所示(Tpwm=T)：

S 1 2 3

Tcmp1 0.25T-0.5T1 0.25T-0.5T1-0.5T2 -0.25T

Tcmp2 0.25T-0.5T1-0.5T2 0.25T 0.5T1-0.25T

Tcmp3 0.25T 0.25T-0.5T1 0.5T1+0.5T2-0.25T S 4 5 6

Tcmp1 0.25T 0.5T1+0.5T2-0.25T 0.5T1-0.25T

Tcmp2 0.25T-0.5T1 -0.25T 0.5T1+0.5T2-0.25T Tcmp3 0.25T-0.5T1-0.5T2 0.5T1-0.25T -0.25T

该部分在simulink仿真中用下面的子系统模块进行实现：