永磁同步電機控制系統仿真—SVPWM算法的Simulink模型

01

SVPWM算法

電壓空間矢量調制方法（SVPWM）是一種常用的PWM算法，和普通的正弦PWM方法不同，它是從電機的角度出發，把電機和逆變器看作一個整體考慮，不簡單的從得到電壓電流正弦出發，著眼于如何使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉磁場，即正弦磁通。

下面將要介紹空間電壓矢量調制技術的工作原理，要實現SVPWM，必須解決以下3個問題：

（1）如何選擇電壓矢量；

（2）如何確定每個電壓矢量的作用時間；

（3）如何確定每個電壓矢量的作用次序。

可以等效到電壓空間矢量的作用，如下圖所示，根據電壓合成平均值等效原理有下式成立：

一個計算周期Ts的電壓合成圖

其中T0為零矢量的作用時間，把零矢量作用時間等分為2個零矢量。由電壓矢量合成原理可得：

設參考電壓矢量的空間位置與圖示空間電壓矢量U4夾角為θ，則參考電壓矢量可表示為:

Vref為參考電壓矢量的幅值。代入可以得到U4和U6的作用時間：

對于問題（3），各電壓矢量的作用次序要遵守以下的原則：任意一次電壓矢量的變化只能有一個橋臂的開關動作，表現在二進制矢量中意味著一次變化只能有一位變化。其原因在于如果允許有2個或3個橋臂同時動作，則在線電壓的半周期內會出現反極性的電壓脈沖，產生反向轉矩，引起轉矩脈動和電磁噪聲。

典型的七段式空間電壓矢量調制的產生結果如下圖所示：

SVPWM一個周期調制信號

通過理論研究表明：空間電壓矢量調制技術具有如下的優點：

輸出電壓比正弦波調制時提高15%，

諧波電流有效值的總和接近優化。

請大家閱讀參考文獻[1][2]，都是這方面非常好的資料。

個人的看法，Space Vector（空間矢量）和Carrier-based（基于載波）的PWM更多的是分析和實現PWM的方法，而不是不同類型的PWM調制方法，詳見參考文獻[3]，對此進行了詳細的證明。

SVPWM的PWM開關信號

02

SVPWM算法的Simulink模型

在此選擇基于載波的PWM實現方法，因為1/4三次諧波注入PWM與SVPWM幾乎是一致的，因此其Simulink模型如下：

1/4三次諧波注入PWM的Simulink模型

仿真波形如下：

1/4三次諧波注入PWM仿真波形