任务2：两电平电压源逆变器空间矢量调制方案周乐明 学号：S1******* 电气2班摘要提出了三相两电平逆变器的空间矢量调制方法，详细讨论了两 电平逆变器的工作原理及空间矢量调制的基本原理，并给出一个具体的仿真实例，通过仿真 ，可以得出实际运行中的电压、电流的波形，而且在文中给出了实例的电路原理图，使得对 于空间矢量调制的原理得以更加清楚的认识。

1. 两电平电压源逆变器空间矢量调制1.1 结构试图三相电压型逆变器电路原理图如图2.1所示。

定义开关量a ，b ，c 和a '，b '，c '表示6个功率开关管的开关状态。

当a ，b 或c 为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a '，b '或c '为0)；反之，当a ，b 或c 为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a '，b '或c '为1)。

由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。

对于不同的开关状态组合(abc )，可以得到8个基本电压空间矢量。

各矢量为：22j j dc33out2()3U U a be ce ππ-=++ (2-1)则相电压V an 、V bn 、V cn ，线电压V ab 、V bc 、V ca 以及out ()U abc 的值如下表2-1所示（其中U dc 为直流母线电压）。

图2.1 三相电压型逆变器原理图可以看出，在8种组合电压空间矢量中，有2个零电压空间矢量，6个非零电压空间矢量。

将8种组合的基本空间电压矢量映射至图2.11所示的复平面，即可以得到如图2.13所示的电压空间矢量图。

它们将复平面分成了6个区，称之为扇区。

α60(110)U 0(100)U 120(010)U 180(011)U 240(001)U 300(101)U Ⅴ图2.2 电压空间矢量与对应的（abc ）示意图1.2 SVPWM 算法实现SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期T PWM 内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。

本文采用电压矢量合成法实现SVPWM 。

如上图2.2所示，在某个时刻，电压空间矢量out U 旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量(K U 和K+1U )和零矢量(0U )在时间上的不同组合来得到。

先作用的K U 称为主矢量，后作用的K+1U 称为辅矢量，作用的时间分别为T K 和T K+1，000U 作用时间为T o 。

以扇区I 为例，空间矢量合成示意图如图2.3所示。

根据平衡等效原则可以得到下式：PWM out 102600000111()T U TU T U T U U =++或 (2-2)120PWM T T T T ++= (2-3)11PWM2260PWM o T U U T T U U T ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩(2-4) 式中，T 1，T 2，T 0分别为0U ，60U 和零矢量000U 和111U 的作用时间，θ为合成矢量与主矢量的夹角。

图2.3电压空间矢量合成示意图要合成所需的电压空间矢量，需要计算T 1，T 2，T 0，由图2.14可以得到：out 12sin 2/3sin(/3)sin U U U ππθθ==- (2-5)将式(2-29)及∣0U ∣＝∣60U ∣＝2U dc /3和∣out U ∣=U m代入式(2-30)中，可以得到：1PWMdc 2PWM dc o PWM dc sin()3sin (1))6T T T T πθθπθ⎧=-⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=--⎪⎩(2-6) 取SVPWM 调制深度m dc /M U =，在SVPWM 调制中，要使得合成矢量在线性区域内调制，则要满足out m dc 2/3U U U =≤，即max 2 1.15471M ==>。

由此可知，在SVPWM 调制中，调制深度最大值可以达到1.1547，比SPWM 调制最高所能达到的调制深度1高出0.1547，这使其直流母线电压利用率更高，也是SVPWM 控制算法的一个主要优点。

(1) 判断电压空间矢量U out 所在的扇区outU 0U 60U 12T θ1U 2U βαu β判断电压空间矢量U out 所在扇区的目的是确定本开关周期所使用的基本电压空间矢量。

用U α和U β表示参考电压矢量U out 在α、β轴上的分量，定义U ref1，U ref2，U ref3三个变量，令：ref1ref2ref3U u U u U u βαβαβ⎧=⎪⎪=-⎨⎪=-⎪⎩ (2-7) 再定义三个变量A ，B ，C 通过分析可以得出：若U ref1>0，则A=1，否则A=0； 若U ref2>0，则B=1，否则B=0； 若U ref3>0，则C=1，否则C=0。

令N=4*C+2*B+A ，则可以得到N 与扇区的关系，通过下表2-2得出U out 所在的扇区(如图2.2)。

表2-2 N 与扇区的对应关系(2) 确定各扇区相邻两非零矢量和零矢量作用时间由图2.14可以得出：12060PWMPWM 260PWM cos 3sin 3T T u U U T T T u U T αβππ⎧=+⎪⎪⎨⎪=⎪⎩(2-8) 则上式可以得出：PWM1dc PWM 2dc )2T u U T uU αββ⎧=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩(2-9) 同理，以此类推可以得出其它扇区各矢量的作用时间，可以令：PWM dcPWM dc PWM dc )()u X U Y u U Z u U βαβαβ⎧=⎪⎪⎪⎪=+⎨⎪⎪⎪=+⎪⎩(2-10) 可以得到各个扇区T 1、T 2、T 0作用的时间如下表2-3所示。

表2-3 各扇区T 1、T 2、T 0作用时间如果当T 1+T 2>T PWM ，必须进行过调制处理，则令:11PWM 1222PWM 12T T T T T T T T T T ⎧=⎪+⎪⎨⎪=⎪+⎩(2-11) (3) 确定各扇区矢量切换点定义：a PWM 12b a 1cb 2()/4/2/2T T T T T T T T T T =--⎧⎪=+⎨⎪=+⎩ (2-12) 三相电压开关时间切换点T cmp1、T cmp2、T cmp3与各扇区的关系如下表2-4所示。

表2-4 各扇区时间切换点T cmp1、T cmp2、T cmp3开关状态每次只变化一次。

假设零矢量000和零矢量111在一个开关周期中作用时间相同，生成的是对称PWM 波形，再把每个基本空间电压矢量作用时间一分为二。

例如图1-4所示的扇区I ，逆变器开关状态编码序列为000，100，110，111，110，100，000，将三角波周期T PWM 作为定时周期，与切换点T cmp1、T cmp2、T cmp3比较，从而调制出SVPWM 波，其输出波形如图2.15所示。

同理，可以得到其它扇区的波形图。

PWM PWM a b c图2.4 扇区I 内三相PWM 调制方式1.3参数计算基准相电压4160/32401.73RB V V V ===V 基准电流610/3/(4160/3)138.83RB BS I A V === 基准阻抗4160/3/(240/3)17.3BB BV Z I ===V/A 又功率因素为0.95，有 设基准电阻为X ，基准电抗为Y则有2217.30.90.31x Y ⎛⎫⎛⎫+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭220.95X X Y=+因此线路总漏电感其中*3*dc a ref V m V ==5883V2.simulink 仿真得到的波形其中a ）为V AB 的波形，b ）为i A 的波形，c ）为V AB 的THD ，d)为i A 的THDa)b)c)d)图A m a=0.4 f=30HZa)b)c)d)图B m a=0.4 f=60HZa)b)c)d)图C m a=0.8，f=60HZa)b)c)d)图 D m a=0.8，f=30HZ3.结论1.V AB的波形并非半波对称，它包含有奇次谐波和偶次谐波。

2.由于负载电感的滤波效果，i A的THD远小于V AB的THD，这是由于收到了负载电感滤波的影响。

3.电压和电流的谐波以边带形式出现，采样频率及倍频为中心分布在两边。

4.几波电压与调制因素成正比5.V AB的THD睡着m a的增加而减小。

6.每半个基波周期中的脉冲个数N p对THD的影响不大附图二：两电平电压源逆变器空间矢量调制图图3.1 整体模型图3.2 SVPWM仿真模型图图3.3中间变量XYZ 图3.4 t1、t2时间的计算图3.5计算切换时间tcm1 tcm2 tcm3图3.6导通时刻模块图3.7三相到两相静止变换图3.8 扇区选择模块。