空間矢量調(diào)制的基本原理與MATLAB仿真應(yīng)用

劉雪琴 王思琦 王佳浩 葉鴻凱 余啟燦

摘要：空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（SVPWM）在電力電子變換控制與電機傳動控制中有著廣泛的應(yīng)用。本文分析了SVPWM技術(shù)的基本原理以及其在Matlab/Simulink中模型的實現(xiàn)方法，并研究了SVPWM技術(shù)在永磁同步電機矢量控制中的應(yīng)用。通過在Matlab中進行仿真，驗證了所搭建SVPWM模型的準(zhǔn)確性，并驗證了該方法在電機應(yīng)用中的實用性。

關(guān)鍵詞：SVPWM;扇區(qū);數(shù)學(xué)模型;仿真

The?basic?principle?of?space?vector?pulse?width?modulation?and?MATLAB?simulation?application

Liu?Xueqin???Wang?Siqi???Wang?Jiahao??Ye?Hongkai???Yu?Qican

College?of?Information?Science?and?Engineering，?Wuhan?University?of?Science?and?Technology???Hubei?Wuhan?430080

Abstract：Space?vector?pulse?width?modulation?（SVPWM）?has?a?wide?application?in?power?electronic?conversion?control?and?motor?transmission?control.?This?paper?analyzes?the?basic?principle?of?SVPWM?technology?and?the?method?of?modeling?in?Matlab/Simulink，?and?also?studies?the?application?of?SVPWM?technology?in?vector?control?of?permanent?magnet?synchronous?motor.?Through?simulation?in?Matlab，?the?accuracy?of?the?model?is?verified，?and?the?practicability?of?the?method?in?the?application?of?motor?is?obtained.

Keywords：SVPWM，sector，?mathematical?model，simulation

1?緒論

空間電壓矢量PWM（SVPWM）技術(shù)將逆變器和交流電機作為一個整體考慮，能有效地減小逆變器電壓諧波損耗，同時能顯著提升直流電壓的利用率，且易于實現(xiàn)實時控制，因此比傳統(tǒng)的正弦波PWM（SPWM）技術(shù)應(yīng)用更為廣泛，是電力電子變換控制與電機傳動控制中重要的PWM調(diào)制方式?[1-3]?。

本文詳細(xì)分析了SVPWM技術(shù)的基本原理和實現(xiàn)方法，并介紹了其在Matlab中結(jié)合三相交流永磁同步電機控制的應(yīng)用仿真，通過仿真結(jié)果驗證了該技術(shù)實現(xiàn)的可行性和正確性。

2?SVPWM的基本原理

依據(jù)傳統(tǒng)三相電壓型逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其正常工作時上下兩橋臂呈現(xiàn)互補狀態(tài)，不能同時打開或關(guān)斷。設(shè)上橋臂開通時狀態(tài)為1，下橋臂開通時狀態(tài)為0，那么此電路一共有八種開關(guān)狀態(tài)，依據(jù)逆變器空間電壓矢量的定義，可以得到六個基本電壓矢量以及兩個零矢量，它們將復(fù)平面分為六個扇區(qū)。依據(jù)矢量合成的原理，在每一個扇區(qū)中參考電壓矢量都可以由該扇區(qū)中相鄰的兩個非零電壓矢量來進行合成。

實現(xiàn)SVPWM技術(shù)的基本步驟可以設(shè)計如下：（1）判斷所在的扇區(qū)，明確該扇區(qū)起作用的兩個相鄰電壓矢量;（2）求出兩個相鄰電壓矢量的作用時間;（3）依據(jù)電壓矢量的作用順序和零矢量的插入時間，合成輸出PWM信號[4，?5]。

3?仿真結(jié)果和分析

利用Matlab/Simulink仿真軟件對SVPWM實現(xiàn)方法進行了仿真研究，按照上述原理和實現(xiàn)步驟，建立了扇區(qū)判斷、XYZ計算、T1和T2時間計算等各個環(huán)節(jié)模塊的仿真模型，并得出仿真實驗波形，其中扇區(qū)判斷模塊設(shè)計如圖1所示，XYZ計算模塊設(shè)計如圖2所示，T1和T2作用時間計算模塊設(shè)計如圖3所示，SVPWM模型輸出的調(diào)制波波形如圖4所示。

進一步，搭建永磁同步電機矢量控制的Simulink仿真模型，利用SVPWM模塊對反PARK變換輸出的兩相控制電壓進行調(diào)制，以輸出三相PWM信號驅(qū)動電機運行。電機運行時給定速度為300r/min，仿真得到的實際電機轉(zhuǎn)速波形如圖5所示，穩(wěn)態(tài)時三相電流波形如圖6所示，仿真結(jié)果表明電機實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，同時電機輸出三相正弦電流，驗證了搭建的SVPWM模塊的正確性和實用性。

4?結(jié)論

本文分析了空間電壓矢量PWM的原理和實現(xiàn)方法，在Matlab中建立仿真模型，驗證了所述實現(xiàn)方法和模型的正確性，并驗證了其在永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]曹海紅.空間矢量調(diào)制SVPWM算法模型建立及仿真分析[J].自動化與儀器儀表，?2015，?（9）：199-201.

[2]李翠萍，王新生，張華強.基于MATLAB的空間矢量PWM仿真研究[J].機床與液壓，?2007，?35（7）：?219-221.

[3]李偉光，郭忺，侯躍恩.永磁同步電動機?SVPWM?和電流滯環(huán)控制仿真分析[J].現(xiàn)代制造工程，?2014，?（5）：?75-84.

[4]郭語，?鞠全勇.永磁同步電機的等效?SVPWM?調(diào)制方法研究[J].機械設(shè)計與制造工程，?2020，?49（12）：?109-112.

[5]楊洋，賈文超，王潔涵，李超，張睿.基于SVPWM的逆變器仿真研究[J].科技與創(chuàng)新，?2018（10）：?99-100.