空间矢量脉宽调制:一种减小总谐波失真的技术

Himanshu Doraya¹，理查德·帕尔玛²， Mal Chand sharma^3.，比普尔·库马尔⁴，

研究生[电力系统]，EEE系，RIET，斋浦尔，印度¹
印度斋浦尔RCEW电子工程系助理教授^2、4
印度斋浦尔，RIET EEE系助理教授^3.

有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文介绍了一种名为空间矢量脉冲宽度调制的技术，并描述了这种技术可以大大降低总谐波失真。本文设计了MATLAB/Simulink模型，并对结果进行了讨论。

关键字

SVPWM,逆变器

介绍

在电力系统应用中，输出失真是一个主要问题。为了缓解这种情况，使用了不同的方法。随着固体电力电子器件的进步，各种脉冲宽度调制(PWM)技术已被开发用于工业应用。安绍良，孙向东，成员，IEEE，张琪，钟燕茹，任碧英等人对SVPWM技术进行了研究，并对总谐波失真的降低进行了进一步的研究和探讨。PWM是一种在一系列脉冲中传输信息的方法，其中正在传输的数据以传输脉冲的宽度进行编码。在空间矢量脉宽调制技术中，占空比是计算出来的，而不是像正弦脉宽调制那样通过比较得到的。与SPWM相比，SVPWM技术的基本成分提高了27.39%。本文论述了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的研究。仿真结果表明，SVPWM技术比PWM技术具有更低的总谐波失真。

SVPWM技术

在空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术中，占空比是计算出来的，而不是像正弦脉宽调制那样通过比较得到的。空间矢量脉宽调制的主要概念是将二维平面分成六个相等的区域，称为扇区。

每个扇区由四个向量Vi,Vi+1确定，其中i∈{1-5}这些向量称为有源向量，因为当这些向量应用于电源模块的输出电压时，将大于零，即其中一个开关Sa, Sb, Sc将不会断开。

另外两个矢量V0和V7被称为非活动矢量，因为所有开关都将关闭或打开。SVPWM的基本原理是基于一个三相逆变器的八个开关组合。开关组合可以用二进制码表示，分别对应逆变器的顶部开关S1、S3和S5，如图所示。每个开关电路产生三个独立的极电压

因此，三相逆变器由6个开关和8个逆变器配置控制。八个逆变器状态可以转换成八个相应的空间向量。在每种构型中，矢量识别使用“0”表示负相位电压电平，使用“1”表示正相位电压电平。空间矢量与相应开关状态之间的关系如图所示。此外，一个逆变器分支中的开关以互补的方式进行控制(开关打开时为1，关闭时为0)。[3] [4]

这里用正交坐标来表示三相图中的三相二能级。有八种可能的逆变器状态可以产生八个空间向量。这些由复向量表达式给出，[5]

模拟

3.1空间矢量PWM逆变器的Simulink模型:图3显示了SVPWM逆变器的Simulink模型。在MATLAB中绘制模型。[6]在下一阶段的输出波形也已显示。

3.2部门实施

图4显示了扇区实现。可以看到，形成了六个扇区。

3.3矢量实现

图5显示了Vector实现，并且可以在作用域中可视化输出。结果在第四节中显示。这是一个模型的矢量实现使用MATLAB和输出可以可视化使用范围。

结果分析

4.1空间矢量脉宽调制逆变器电流仿真结果

3相正弦波输出波形如图6所示。波形振幅是。45。频率是否保持50赫兹。在x轴上，时间周期为0 ~ 0.2秒。在Y轴上，正弦波振幅为0 ~ 0.2秒。

图6:0到0.2秒时间段的电流波形

4.2空间矢量脉宽调制逆变器线电压仿真结果:

图4.13中显示了线路电压Vao、Vbo、Vco的波形。如图所示，峰值到峰值电压为450伏，Y轴和x轴表示从0到0.2秒的时间周期。

4.3空间矢量脉宽调制逆变器相位电压仿真结果:

图4.14显示了三相逆变器的相位电压波形。在x轴上时间周期显示从0到0.2秒是否在y轴上相位电压显示350伏。

4.4空间矢量PWM逆变器线路电压FFT结果(分析

在图4.17中，SVPWM逆变器的线电压的FFT分析从分析中可以看出，总谐波失真为67.18。

4.5空间矢量PWM逆变器相位电压FFT结果(分析)

在图4.19中显示了SVPWM逆变器相位电压的FFT分析，从分析中可以清楚地看出，总谐波失真为67.17。

4.6空间矢量PWM逆变器电流FFT结果(分析

在图4.21中，对SVPWM逆变器的电流进行FFT分析，从分析中可以清楚地看出，总谐波失真为4.11。

结论

本文对基于SVPWM的逆变器进行了仿真研究。本文介绍了基于SVPWM的逆变器数学模型的逐步开发。首先建立了SVPWM模型，然后利用FFT分析得到了总谐波失真。在图中还包括各种电压和电流波形。本文采用空间矢量脉冲宽度调制技术来提高电力系统设备的性能。仿真研究结果表明，SVPWM模型能有效地降低谐波。

参考文献

安绍良，孙向东，成员，张琪，钟燕茹，任碧英，“三相电压源逆变器的新型广义不连续SVPWM策略研究”，电子工程学报，第781-789页，2013年5月。
周克亮，王丹伟，IEEE成员，“空间矢量调制与三相载波PWM的关系”，电子工程学报，第49卷，第1期，第186-196页，2002年2月。
Atif Iqbal, Adoum Lamine, Imtiaz Ashraf Mohibullah，“三相电压源逆变器空间矢量脉宽调制的MATLAB/SIMULINK模型”，利物浦约翰摩尔斯大学，英国。
B.Kumara Swamy, P.NageshwarRao，“空间矢量PWM控制器在三级电压馈变电机驱动中的仿真”，国际计算机科学与工程杂志第2卷，第1期，页:363 - 372 (2013)ICACSE 2013特刊
Mustafa A. Al-Refai“基于空间矢量调制(DTC-SVM)的感应电机直接转矩控制的Matlab/Simulink仿真模型”，国际电气与电子工程学报(IJEEE)，世界科学，工程与技术研究院，2013年2月
Y. vijayanandi, U.Sree Krishnakanth, Rajesh Kumarr & K. Laksmi Ganesh4“新型多级级联PWM逆变器的混合动力汽车驱动”国际电气与电子工程杂志(IJEEE)， 2013年5月