一、如何确定合成矢量所在扇区
如果有位置传感器可以直接根据采集的角度信息来确认所在扇区
如果没有位置传感器,这里介绍常用的一种确定扇区的方法。如下图,建立两相垂直静止坐标系alpha/beta,将合成矢量投影在该alpha和beta轴系上。
图1
结合上图对扇区角度和坐标轴正方向的定义,则针对第1到第6扇区,我们可以得到:
图2
然后,定义:
再定义3个变量A,B,C,并且
若X>0,则A = 1,否则 A =0;
若Y>0,则B = 1,否则 B =0;
若Z>0,则C = 1,否则 C =0;
令,N = 4C+2B+A
结合上表,可以得到下表扇区和N值的对应关系(扇区为第一列,N值在最后一列,中间3列是为了说明N值如何得到)。通过计算N值就可以得到对应扇区。
图3
得到扇区信息后,便可以根据如下的公式计算各扇区内基本矢量的作用时间。
二、SVPWM不同调制波形
前面的文章已经介绍了SVPWM的基本概念以及如何计算扇区,如何计算各扇区内的基本矢量作用时间。对于一个扇区内的给定参考电压矢量及其作用时间,在一个调制周期Ts内,有很多合成方法。对电机来说,它不关心基本矢量和零矢量如何分布,它只关心输出正弦的线电压。在一个周期内Ts内,基本矢量的分布不影响平均输出电压,但是会影响输出电压的线性调制区域和谐波特性。作为控制器设计者,我们关心基本矢量和零矢量的分布,因为不同的分布产生的谐波和功耗是不同的。我们要找到功耗和谐波都可接受的分布方式。
根据参考文献[1],SVPWM的调制可以分为这两种,第一种是基于软件模式的合成,或者称之为连续模式(continuous modulation),又可以称为七段式SVPWM。该方法可以有效降低谐波分量。另外一种是基于硬件模式的合成,或者称之为不连续模式(discontinuous modulation),又可以称之为五段式SVPWM。该种模式的特点是在一个调制周期Ts内,只有一种零矢量参与,其中一个桥臂不进行开关切换,或者连接到电源或者连接到地。由于一个桥臂不进行开关切换,所以该方式相对于七段式来说,开关次数较少,开关损耗少。
下图是七段式SVPWM的开关切换顺序
图4
基于以上切换顺序,使用MATLAB仿真了线电压,相电压和端电压波形。同时,给出了端电压波形的FFT,从图中可以看出,端电压马鞍波主要包含基波和三次谐波。正式基于此特点,使其电压利用率高于SPWM。
图5 SVPWM线电压(七段式)
图6 SVPWM相电压(七段式)
图7 SVPWM端电压(七段式)
图8 SVPWM端电压FFT(七段式)
五段式的切换顺序如下图所示(仅包含第一扇区)。由于不同的零矢量及零矢量位置可以构造不同的五段式开关顺序,所以仿真了多种模式,分别如下图所示。
图9 五段式SVPWM(第一扇区)
图10 五段式SVPWM -- DPWMMAX端电压
图11 五段式SVPWM -- DPWMMIN端电压
图12 五段式SVPWM -- DPWM0端电压
图13 五段式SVPWM -- DPWM1端电压
五段式可以减少开关损耗并改善高调制系数时的波形质量,但是低调制系数时的波形质量较差。
【1】现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真,袁雷等;