整流器空間矢量調(diào)制算法的比較研究

SVPWM調(diào)制方法就是從8種基本空間矢量中選取合適的空間矢量，讓它們在一個(gè)PWM周期內(nèi)占一定比例的時(shí)間，從而可以近似URf作用整個(gè)PWM周期的效果。圖2畫出了8個(gè)基本矢量，其中6個(gè)有效矢量把整個(gè)平面分為6個(gè)扇區(qū)，為了使整流器有最低的開關(guān)頻率，在選取有效矢量的時(shí)候要選取離URf最靠近的兩個(gè)基本矢量。例如如果URf在第一扇區(qū)，那么有效矢量要選擇U0（100）、U60（110）。為了讓在一個(gè)PWM控制周期中這兩個(gè)基本電壓矢量的組合作用效果能等效于URf，那么它們要滿足下式URf=(T1Ux＋T2Ux＋60)（6）

式中：T為一個(gè)PWM控制周期，T1，T2分別為Ux，Ux＋60的作用時(shí)間。

一般一個(gè)PWM控制周期比較短，URf在T時(shí)間內(nèi)的積分可以用URf乘以T來代替。故式（6）可以化簡為URf=(T1Ux＋T2Ux＋60)（7）

用行列式的表示方法可以表示為URf=[UxUx＋60][T1T2]τ（8）

等式兩邊都同乘[UxUx＋60]－1后得到式（9）。

[T1T2]τ=[UxUx＋60]－1URf（9）

式中：[UxUxx＋60]－1是對應(yīng)扇區(qū)的歸一化分解矩陣，以第一扇區(qū)為例：[U0U60]=（ 10）[U0U60]－1=(11)

這樣在DSP中，先進(jìn)行判斷URf的扇區(qū)，計(jì)算的流程圖如圖3所示。

然后根據(jù)不同的扇區(qū)的值來選取不同的歸一化矩

整流器空間矢量調(diào)制算法的比較研究

陣，再由式（9）可以算出T1，T2的值。具體實(shí)現(xiàn)方法如下。先定義一個(gè)三維常量數(shù)組 decomp[6][2][2]來存放著六個(gè)扇區(qū)的歸一化分解矩陣，每一個(gè)扇區(qū)的歸一化矩陣在數(shù)組的存放格式如式（12），

[UxUx＋60]－1=（12）

那么

T1=Ud×decomp[扇區(qū)][0][0]＋

Uq×decomp[扇區(qū)][0][1]（13）

T2=Ud×decomp[扇區(qū)][1][0]＋

Uq×decomp[扇區(qū)][1][1]（14）

得到T1，T2的值，也就是兩個(gè)有效基本矢量在一個(gè)PWM控制周期內(nèi)各作用的時(shí)間，那么零矢量作用的時(shí)間為T0=T－T1－T2，因?yàn)榱闶噶靠梢詾?000也可以是0111，先假設(shè)它們在一個(gè)PWM控制周期內(nèi)作用的時(shí)間各為T0/2。

以第一扇區(qū)為例，Ux=（100），Ux＋60=（110）各作用的時(shí)間為T1，T2，那么可以得到在一個(gè)PWM控制周期內(nèi)，A、B、C三相上管開通的時(shí)間分別為

——A相T1＋T2＋T0/2

——B相T2＋T0/2

——C相T0/2

當(dāng)URf在其他的扇區(qū)時(shí)也有相似的算法。上面的算法沒有考慮根據(jù)式（12）、（13）計(jì)算T1、T2之和大于T的情況，但在實(shí)際的控制過程中，系統(tǒng)在啟動(dòng)的時(shí)候，直流側(cè)電壓比較低，或是交流側(cè)實(shí)際電流和指令電流的差值比較大時(shí)，URf會超出圖2中六個(gè)基本有效矢量終點(diǎn)圍成的正六邊形，這時(shí)根據(jù)式（12）、（13）計(jì)算出T1、T2的值會使得T1＋T2≥ T，也就是對應(yīng)SPWM算法中的過調(diào)制。雖然CPU設(shè)計(jì)廠商在設(shè)計(jì)CPU的時(shí)候考慮到了這種情況，即使T1＋T2≥T時(shí)也不會導(dǎo)致產(chǎn)生SVPWM波的硬件產(chǎn)生錯(cuò)誤的導(dǎo)通信號。如果把這樣計(jì)算出的T1、T2值直接應(yīng)用于產(chǎn)生SVPWM波的硬件中，會使得后作用的那個(gè)空間矢量損失掉〔（T1＋T2）－T〕的時(shí)間。折中的辦法是讓每個(gè)空間矢量都少作用〔（T1＋T2）－T〕的時(shí)間，這樣Ux作用的時(shí)間為T1－〔（T1＋T2）－T〕，Ux＋60作用的時(shí)間為T2－〔（T1＋ T2）－T〕。這樣可以使得SVPWM調(diào)制出現(xiàn)飽和時(shí)，也能使波形有較好的對稱性。

4幾種SVPWM波的比較

用上面的方法，我們可以由橋臂中點(diǎn)的空間電壓矢量，計(jì)算出一個(gè)PWM控制周期兩個(gè)有效基本空間矢量作用的時(shí)間，但并沒有仔細(xì)考慮零矢量的選擇和每個(gè)矢量作用的順序。如果選擇不同的零矢量，而且使有效矢量作用的順序也有不同，就會產(chǎn)生出不同的PWM。雖然從平均值看來，它們在一個(gè)PWM控制周期的作用效果和URf一樣，但它們的諧波特性以及開關(guān)的次數(shù)都有不同。因?yàn)橄駥殡姍C(jī)控制而設(shè)計(jì)的微處理器，如TMS320F240、ADMC331和 Intel的8XC196MC系列，都內(nèi)置產(chǎn)生PWM波的硬件，所以利用這些硬件能很方便地產(chǎn)生出三種PWM波，下面就這三種PWM波[3]進(jìn)行討論。

第一種是在一個(gè)PWM控制周期的開始先作用T0/2的零矢量0000，然后是T1的Ux，再是T2的 Ux＋60，最后是T0/2的零矢量0000。這種PWM波的諧波含量比其它幾種而言要大，但它在一個(gè)PWM控制周期內(nèi)一共只有4次開關(guān)切換。如圖4所示。

第二種是在一個(gè)PWM控制周期的開始先作用T0/2的零矢量，然后是T1/2的Ux，再是T2的 Ux＋60，再是T1/2的Ux，最后是T0/2的零矢量，這兒零矢量的選擇要根據(jù)Ux中的零的多少來定，Ux中零的個(gè)數(shù)是兩個(gè)時(shí)就要選擇0000，否則要選擇0111。這種PWM方式在這三種實(shí)現(xiàn)方式種諧波含量居中，開關(guān)次數(shù)同第一種，也是4次。如圖5所示。

第三種是在一個(gè)PWM控制周期的開始先作用T0/4的零矢量0000，然后是T1/2的Ux，然后是T2/2的Ux＋60，然后是T0/2的零矢量0111，然后又是T2/2的Ux＋60，然后又是T1/2的 Ux，最后是T0/4的零矢量0000。這種PWM方式比較而言諧波含量最少，但開

圖3計(jì)算流程圖