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SVPWM调制

目录

1. SVPWM介绍

2. SPWM与SVPWM比较

3. SPWM实现SVPWM

      3.1 三次谐波注入

      3.2 零序分量注入

4. SVPWM信号调制

5. SVPWM逆变器

1. SVPWM介绍

SVPWM是依据空间电压(电流)矢量切换来控制逆变器的一种控制策略,是把逆变器和交流电机视作一个整体,目的在于产生圆形旋转磁场,通过切换逆变器的IGBT/MOSFET开关状态来控制电机的磁场。而电机的磁场可以直接影响电机的电磁转矩,因此可实现对电机磁场和转矩进行控制,也就是实现对电机的“直接转矩控制”。

2. SPWM与SVPWM比较

主要区别如下:

1. SVPWM优化谐波程度比较高,消除谐波效果要比SPWM好,容易实现;

2. SVPWM算法提高了电压型逆变器的直流电压利用率和电机的动态响应速度,同时减小了电机的转矩脉动等缺点;

3. SVPWM比较适合数字控制;

下面主要说明一下SPWM与SVPWM的母线电压利用率比较:

SPWM:

调制比m=1,相电压峰值为母线电压的0.5倍,线电压峰值为母线电压的0.866倍;

SVPWM:

调制比m=1,相电压峰值为母线电压的0.577倍,线电压峰值等于母线电压;

其中,电压峰值=电压有效值

对于相同的直流母线电压,基于SVPWM的逆变器线电压峰值(相电压峰值)比SPWM的最大线电压峰值(相电压峰值)高15.47%。

为了提高SPWM电压利用率,通常可以采用调制波三次谐波注入的方式,将逆变器输出电压提升15.47%,与SVPWM调制得到的电压利用率相同。

题外话:

虽然系统注入了三次谐波,但是对系统的运行和性能没有什么影响:

1. 对于三相无中线系统,如果每相的调制波基波中都注入同样的三次谐波,虽然每相输出电压中都含有同样大小和相位的三次谐波,由于谐波抵消效应,线电压中不会出现三次谐波,三次谐波电压不会产生负载电流,对负载的正常工作不会带来任何影响。

2.对于三角形连接的输出负载,由于谐波抵消效应,负载电压上没有三次谐波电压;即使负载采用星型连接方式,负载相电压和线电压也都不含三次谐波;

除了三次谐波注入提高SPWM逆变器的电压利用率,也可以通过零序分量注入的方式。来实现同等电压利用率的提高,下面一一进行介绍。

3. SPWM实现SVPWM

3.1 三次谐波注入

三次谐波注入的调制波表达式为:

发波电路:

     A相的波形:(A_sine为正弦波,A_3rd为A相注入的三次谐波,A_mud为A_sine +A_3rd 相加得到的马鞍形调制波)

3.2 零序分量注入

调制波表达式:

Vo为零序分量,零序分量取值范围为:

其中,

零序分量在此区间范围内可以任意取值。

通常取值方式有以下这三种:

a. 均值零序信号

发波电路:

A相的波形:

b. 极值零序信号

Vo可以取极大值作为零序信号,也可以取极小值作为零序信号:

极大值:

极小值:

发波电路:

A相的波形:

c. 交替零序信号

零序信号取3个给定的正弦瞬时值幅值最大的那个信号,也就是某一瞬间Vo的极大值的幅值大于极小值的幅值,取极大值作为零序信号,反之取极小值。

发波电路:

A相的波形:

4. SVPWM信号调制

本文用均值比较的方式来对SVPWM进行仿真:

下图为马鞍波的发波逻辑:

Va、Vb、Vc为正弦调制信号,Vmin_ab用于比较Va、Vb之间的极小值,Vmax_ab用于比较Va、Vb之间的极大值,实现指令为:

Vmin_ab:V=if(V(Va)<V(Vb),V(Va),V(Vb))

Vmax_ab:V=if(V(Va)>V(Vb),V(Va),V(Vb))

Vmin为Vmin_ab与Vc进行比较,得到三相正弦调制信号的极小值,Vmax为Vmax_ab与Vc进行比较,得到三相正弦调制信号的极大值,实现指令如下:

Vmin :V=if(V(Vmin_ab)<V(Vc),V(Vmin_ab),V(Vc))

Vmax:V=if(V(Vmax_ab)>V(Vc),V(Vmax_ab),V(Vc))

Vmin与Vmax相加后降幅,再将得到的信号注入Va、Vb、Vc,最终得到马鞍形调制波;

以下为各点波形:

5. SVPWM逆变器

输出电压、电流波形:

输出电流有效值:
ia_rms: RMS(i(ia))=27.7518A
ib_rms: RMS(i(ib))=26.3421A
ic_rms: RMS(i(ic))=26.1047A
输出电流最大值:
ia_max: MAX(i(ia))=37.4642A
ib_max: MAX(i(ib))=49.0999A
ic_max: MAX(i(ic))=52.7089A
输出电压有效值:
vab_rms: RMS(v(phase_u,phase_v))=317.753V
vac_rms: RMS(v(phase_u,phase_w))=317.836V
vbc_rms: RMS(v(phase_v,phase_w))=317.833V
输出电压最大值:
vab_max: MAX(v(phase_u,phase_v))=401.411V
vac_max: MAX(v(phase_u,phase_w))=401.428V
vbc_max: MAX(v(phase_v,phase_w))=401.198V
6个IGBT的开关损耗:
有效值:
m1_rms: RMS(v(n001,phase_u)*id(m1)+v(n004,phase_u)*ig(m1))=62.574W
m2_rms: RMS(v(phase_u)*id(m2)+v(n011)*ig(m2))=89.5972W
m3_rms: RMS(v(n001,phase_v)*id(m3)+v(n005,phase_v)*ig(m3))=79.2114W
m4_rms: RMS(v(phase_v)*id(m4)+v(n012)*ig(m4))=67.8999W
m5_rms: RMS(v(n001,phase_w)*id(m5)+v(n006,phase_w)*ig(m5))=80.6187W
m6_rms: RMS(v(phase_w)*id(m6)+v(n013)*ig(m6))=64.0685W
最大值:
m1_max: MAX(v(n001,phase_u)*id(m1)+v(n004,phase_u)*ig(m1))=19123.7W
m2_max: MAX(v(phase_u)*id(m2)+v(n011)*ig(m2))=30139W
m3_max: MAX(v(n001,phase_v)*id(m3)+v(n005,phase_v)*ig(m3))=23975.2W
m4_max: MAX(v(phase_v)*id(m4)+v(n012)*ig(m4))=19266.9W
m5_max: MAX(v(n001,phase_w)*id(m5)+v(n006,phase_w)*ig(m5))=25383.7W
m6_max: MAX(v(phase_w)*id(m6)+v(n013)*ig(m6))=19158.6W

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  • 聖旨到 2021-10-20 13:54
    老师,可以分享一下这个文档的LTspice仿真,感谢~~306141055@qq.com
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  • dy-RCP4csx5 2021-09-22 17:35
    厉害了,三连加关注了。求这个仿真和资料,感谢大佬。 415883590@163.com
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  • 凯凯凯111 2021-07-25 22:31
    大佬太牛了,已经三连加关注了。想要一下这个仿真和资料,感谢大佬。 yaokai_tl@163.com
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  • 电力电子爱好者 2021-03-07 17:29
    感谢分享3146715370@qq.com
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  • 星球居民-X1HDcXwG 2021-01-14 14:28
    大佬能否分享这篇文章的ltspice原理图 1185047678@qq.com 万分感谢
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  • 星球居民-aT6IzaWL 2020-12-09 19:43
    是LTspice仿真的吗,如果是可否发一份资料,yng_3233@163.com,谢谢,目前使用LTspice做汽车控制器项目
    回复 1条回复
  • luofeng4900 2020-11-18 23:07
    厉害了
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  • 天赐时间 2020-11-18 09:11
    学习了
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