基于SVPWM技术的三相电压型整流器的控制研究

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另外两 条矢量 （ ０， （ １由于模 为零 而被 称为零 矢量 。 ０） ０ １） １
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２ＳＰ 的基本原理 、Ｖ删
电压 空 间矢 量脉 宽调 制 （ｐ ｃ － ｅ ｔｒ Ｐ ｌ ｅ Ｗ ｄ ｈ ｏｕ ａ Ｓ ａ ｅ Ｖ ｃ ｏ ｕ ｓ ｉｔ Ｍ ｄ ｌ— ｔｏ ， ｉｎ 简称 ｓ Ｐ Ｍ 是 ８ Ｖ ｗ ） Ｏ年代 中期 国外学者在交 流 电机调速 中提出 ， 由磁 通轨迹控制思想发展而来 的， 其物 理概念清晰 ， 算法 简单且适合数字化方 案。 其思路是把互差 １０度作正弦变化的三相 电压看作 由一个在 空间进行 ２ 旋 转 的 矢量 分 解 而 成 。 电 压 空 间矢 量 法 是 从 电动 机 的角 度 出发 ， 眼 于 如 何 使 电机 获 得 恒 定 着 的 圆形 磁 场 ， 正 弦磁 通 。它 以三 相 正 弦 波 电压 供 电时 交 流 电机 的 理 想 圆 即 形磁通轨迹为基准 ， 用逆变器不 同的开关模式产生的实际磁通去逼进基准 磁通 圆， 从而达到较高的控制性能， 使得电机 具有较好的调速性能。 三相半 桥 Ｖ Ｒ拓扑结构如图 １ Ｓ 所示 。
【 关键词】 ＳＰ Ｖ￣Ｉ 电压
整流器
１引言 、 传统的 Ｐｊ 控制技术多用于两电平 电路 的驱动控 制， １４ 『 ］ １ 其主要方 法是正 弦脉 宽调制 （Ｐ Ｍ ， ｓ ｗ ） 调制波 为正弦波， 依靠三角载波 和调制波的 比较得 出 交点实施控制 ， 电压利用率低 ， 其 谐波含量大 。 随着微处理器技术的发展 而 和 多 电平 电路 的 出现 ， 现 出 很 多新 的控 制 方 法 ， 涌 如优 化 Ｐ Ｍ方 式 、 环 电 Ｗ 滞 流 控 制方 式 、 间 电 压 矢 量控 制 方 式 等 等 。 中 ， 间 电 压 矢 量控 制通 过 合 空 其 空 理 地 选择 、 安排 开 关 状 态 的 转 换 顺 序 和通 断 持 续 时 间 ， 变 多个 脉 冲 宽 度 改 调制电压 的波形宽度及其组合 ， 达到较好的控 制。其中，Ｖ Ｗ ＳＰ Ｍ技术具有 电 压利用率高 、 谐波含量 小、 大大改善 了系统的静态和动态性能， 具有结构简 单、 容易实现、 控制精度高等特点。
将 ８ 开 关函数 组合 代 入式 （ ） 种 ２ ，得 到相应 的三相 ＶＲ交流侧 Ｓ 电压 值 ，三相 Ｖ Ｒ 不 同开关 组合 时的 交流 侧 电压 可 以用 一个模 为 Ｓ
２ ／的 空 间 电压 矢量 在复 平 面 中表示 出来 ，开 关矢 量均 匀分 布在 ３
复 平面 中 ， 平 面等分 为 ６ 将 个扇 区 ， 由于 三相 Ｖ Ｒ 关的有 限 组合 ， Ｓ开 因 而其空 间 电压 矢 量只 有 ８ ，如 图 ２ 条 所示 ，其 中有 六 条有 效矢量
算（ 如每 ０ １ ｓ计算一 次） 由于计算 出的两个 时间的总合可能并不是 ０ １ｓ 比这小） 而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量 。 ．ｍ 。 ．ｍ （ ， 因这种 Ｐ Ｍ是基于电压 ｗ
空 间矢 量 去 合成 的 ， 以称 为 ｓ ＰＭ技 术 。本 文 基 于 此 ， 所 ｖｗ 对三 相 电压 型 整 流 器 的 控 制进 行 了初 步研 究 。
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５帆 ） 《 幅 （ ０） １１
图 ２ 电压空 间矢量 分布 图 Ｓ Ｐ］控 制技 术 的 目标 就是 要通 过控 制开关 状 态组合 ，将 空间 Ｖ Ｉ ｒ ￣ Ｉ 电压矢 量 控 制 为按设定 的参数 做圆形 旋转 。 某个 时刻 。 处于 在
空间矢量 Ｐ Ｍ控制策略 是依据 变流器空 间矢量切换来控制变流器 的 ｗ 种新颖的控制策略 。其 原理就是利用整流器各桥 臂开关信 号的不同组 合 ， 整 流 器 输 入 电压 空 间矢 量 的 运 行 轨 迹 尽 可 能 的接 近 圆 ， 旋 转 的 频 使 其 率 就 是三 相 电压 的 角频 率 ， 径 就 是 其 幅 值 。 将 ｓＰ Ｍ应 用于 电 压型 Ｐ Ｍ 半 ｖＷ Ｗ 控制整流器中， 主要继承 了 Ｓ ＰＭ电压利用率高， ＶＷ 动态响应快等优 点． 。目 前 应 用 于 ＶＲ控 制 中 的 Ｓ ＰＭ技 术 主 要 分 成 两 类 ： 一 是 基 于 固 定 开关 频 Ｓ ＶＷ 其 率 的 Ｓ Ｐ Ｍ电流控制 ； 二是利用 基于滞环 电流控 制的 ｓ ＰＭ 这实际上 ＶＷ 其 ｖＷ ， 是一种变开关频率 的 Ｓ Ｐ Ｍ Ｖ Ｗ 。本文研究的对象属于前者 即固定开关频率的 ＳＰ Ｍ控 制 技 术 。 ＶＷ 常 规 的 Ｖ Ｒ控 制 系 统 一般 采 用 双 闭环 控 制 ，既 电压 外 环 电流 内环 控 Ｓ 制 ， ＶＲ双 环 控 制 系 统 中 ， 流 内 环 的控 制 性 能直 接 影 响 到 电 压 外环 的 在 Ｓ 电 控 制性能， 以电流 内环的控制在 Ｖ Ｒ系统 中特别重要 ， 所 Ｓ 电流环 的控制可 以分 为 间 接 电流 控 制 和直 接 电流 控 制 。 基于 Ｓ Ｐ Ｍ控 制的三相整流器 的系统控 制工作原理就是用坐标变换 ＶＷ 将 三 相 静 止 坐 标 系变 为两 相 旋 转 坐 标 系 来 进 行 解 耦 。 以 电压 调 节 为外 环 ， 电流调节为内环 ， 整个系统是一个电压环和两个电流环组成 的双 内环单外 环的双环控制 结构 ， 电压环不仅控制直流输 出电压 并且电压环调节器输出 作 为 有 功 电流 ｉ 的给 定 ， 功 电流 ｉ的 给 定 可 以 直接 设 为 零 。 而 三相 Ｐ Ｍ 无 。 Ｗ 整流器 是通过控制 电流来调节电压。 因而， 可以采用 电机矢量控制 的思想， 对三 相 电流 采 样 ， 并 采 Ｃ Ａ Ｋ和 Ｐ Ｒ ＬＲ Ａ Ｋ坐 标 变 换 获 得 两 相 旋 转 坐 标 系 下 的 ｉ，。 ｉ分量 ， 同时 电压误差信 号经 Ｐ 调 节作为有功 电流 指令值 ， Ｉ 无功 电流 指令值 设定为 Ｏ 有 功电流和无 功电流 的误差信 号经 Ｐ 调节 ， ， Ｉ 再经 反旋转 变 换 ， 到 控 制 三 相逆 变 器 的控 制 信 号 。 得 电压空 间矢量 ＰＭ控制的基本规律就是利 用若 干个开关矢量逼近给 ｗ 定矢量标准 ，Ｗ Ｐ Ｍ控制 的关键就是确定六个开关管的状态和 开通关断的
应 用 科 学
基于 Ｓ Ｐ Ｍ技术 的三相 电压 型整流器 的控 制究 Ｖ Ｗ
庞敏 清
（ 西 南 宁 国恒 供 电开 发 有 限 责 任 公 司 ５０ ３ ） 广 ３０ １
【 擅
要】 在变频电机驱动时， 矢量方 向是连续变化的， 因此我们需要不断的计算矢量作用 时间 。为 了计算机处理的方便 ， 在合成时一般时定时去计
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。 三个矢 量 的作 用 时 问可以 一次施 加 ， 也 可 以在 一个采 样周期 内分 多次 施加 。通过 控 制各 个 电压矢量 的作 用 时间 ，使 电压 空问矢 量接 近按 圆轨 迹旋转 。 ３基于 Ｓ Ｉ 的三相 ｖ Ｒ 、 Ｖ ￣ｉ ｓ 控制原理