1. Tecnología SVPWM de modulación vectorial de voltaje espacial

SVPWM es un método de control relativamente nuevo desarrollado en los últimos años. Es una onda de modulación de ancho de pulso generada por un modo de conmutación específico compuesto por seis elementos de conmutación de potencia de un inversor de potencia trifásico, que puede hacer que la forma de onda de la corriente de salida sea lo más cercana posible a la ideal Forma de onda sinusoidal. El vector de voltaje espacial PWM es diferente del PWM sinusoidal tradicional, comienza con el efecto general del voltaje de salida trifásico y se enfoca en cómo hacer que el motor obtenga una trayectoria de flujo circular ideal. En comparación con la tecnología SPWM, la tecnología SVPWM tiene pequeños componentes armónicos de la forma de onda de la corriente del devanado, lo que reduce la ondulación del par del motor, el campo magnético giratorio está más cerca de un círculo y la tasa de utilización del voltaje del bus de CC se mejora enormemente y es más fácil realizar la digitalización. . El algoritmo se analizará en detalle a continuación.

1.1 El principio básico de SVPWM

La base teórica de SVPWM es el principio de equivalencia de valor promedio, es decir, al combinar los vectores de voltaje básicos en un ciclo de conmutación, el valor promedio es igual al vector de voltaje dado. En un momento determinado, el vector de voltaje gira en un área determinada, que se puede obtener mediante diferentes combinaciones de dos vectores adyacentes distintos de cero y vectores cero que componen esta área. El tiempo de acción de los dos vectores se aplica varias veces dentro de un período de muestreo para controlar el tiempo de acción de cada vector de voltaje, de modo que el vector del espacio de voltaje se cierre en una trayectoria circular y pase a través del flujo magnético real generado por los diferentes estados de conmutación del inversor. Calcule el círculo de flujo magnético ideal y determine el estado de conmutación del inversor mediante el resultado de la comparación de los dos, formando así la forma de onda PWM. El circuito inversor se muestra en la Figura 2-8.

Suponga que el voltaje en el lado del bus de CC es Udc, y el voltaje trifásico de salida del inversor es UA, UB, UC, que se agregan respectivamente al sistema de coordenadas estáticas del plano trifásico con una diferencia mutua de 120 ° en el espacio , y se pueden definir tres vectores espaciales de voltaje UA (t), UB (t), UC (t), sus direcciones están siempre en el eje de cada fase, y sus tamaños cambian de acuerdo con la ley del seno con el tiempo, y la diferencia de fase de tiempo es de 120 °. Suponiendo que Um es el valor efectivo de la tensión de fase yf es la frecuencia de potencia, entonces:

Donde $\ pequeño \ theta = 2 \ pi ft$ , la síntesis del vector espacial de voltaje trifásico de la suma del vector espacial $\ pequeña U \ izquierda (t \ derecha)$ se puede expresar como:

$\ pequeña U \ izquierda (t \ derecha) = U_ {A} \ izquierda (t \ derecha) + U_ {B} \ izquierda (t \ derecha) e ^ {\ frac {j2 \ pi} {3}} + U_ {C} \ left (t \ right) e ^ {\ frac {j4 \ pi} {3}} = \ frac {3} {2} U_ {m} e ^ {j \ theta}$

Visible $\ pequeña U \ izquierda (t \ derecha)$ es un vector espacial giratorio, que es 1,5 veces la magnitud del voltaje de $\ pequeña U_ {m}$ fase pico, el valor pico de voltaje de fase y en un $\ pequeño \ omega = 2 \ pi f$ vector espacial de frecuencia angular, rotación uniforme en sentido antihorario, y el vector espacial $\ pequeña U \ izquierda (t \ derecha)$ en la $\ pequeño （a, b, c）$ $\ pequeño (a, b, c)$ proyección del eje trifásico en Es una cantidad sinusoidal trifásica simétrica.

Figura 1 Circuito inversor

Dado que el inversor de puente trifásico 6 totaliza cada brazo del interruptor, el vector de voltaje espacial para cada una de las diferentes combinaciones de interruptor con los brazos superior e inferior cuando la salida del inversor, la función de conmutación Laid se define $\ pequeño S_ {x} (x = a, b, c)$ como:

$\ pequeña \ izquierda (S_ {a}, S_ {b}, S_ {c} \ derecha)$ Todas las combinaciones posibles de ocho en total, incluidos seis vectores distintos de cero $\ pequeña U_ {1} \ izquierda (001 \ derecha), U_ {2} \ izquierda (010 \ derecha), U_ {3} \ izquierda (011 \ derecha), U_ {4} \ izquierda (100 \ derecha), U_ {5} \ izquierda (101 \ derecha), U_ {6} \ izquierda (110 \ derecha),$ y dos vectores cero $\ pequeña U_ {0} \ izquierda (000 \ derecha), U_ {7} \ izquierda (111 \ derecha)$ , se supone que la siguiente composición en un estudio de caso del interruptor $\ small S_ {x} (x = a, b, c) = \ left (100 \ right)$ , en este momento

Resolviendo las ecuaciones anteriores se puede obtener, $\ pequeña U_ {aN} = \ frac {2U_ {d}} {3}, U_ {bN} = - \ frac {U_ {d}} {3}, U_ {cN} = - \ frac {U_ {d} } {3}$ . De la misma manera, se puede calcular el vector de voltaje espacial bajo varias otras combinaciones, la lista es la siguiente:

$\ small S_ {a}$	$\ small S_ {b}$	$\ small S_ {c}$	Símbolo del vector	Linea de voltaje			Voltaje de fase
$\ small S_ {a}$	$\ small S_ {b}$	$\ small S_ {c}$	Símbolo del vector	$\ pequeña U_ {ab}$	$\ small U_ {bc}$	$\ small U_ {ca}$	$\ pequeña U_ {aN}$	$\ pequeña U_ {bN}$	$\ pequeña U_ {cN}$
0	0	0	$\ pequeña U_ {0}$	0	0	0	0	0	0
1	0	0	$\ pequeña U_ {4}$	$\ small U_ {dc}$	0	0	$\ small \ frac {2} {3} U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {1} {3} U_ {dc}$
1	1	0	$\ pequeña U_ {6}$	$\ small U_ {dc}$	$\ small U_ {dc}$	0	$\ small \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ small \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {2} {3} U_ {dc}$
0	1	0	$\ pequeña U_ {2}$	0	$\ small U_ {dc}$	$\ small U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ small \ frac {2} {3} U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {1} {3} U_ {dc}$
0	1	1	$\ pequeña U_ {3}$	0	$\ small U_ {dc}$	$\ small U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {2} {3} U_ {dc}$	$\ small \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ small \ frac {1} {3} U_ {dc}$
0	0	1	$\ pequeña U_ {1}$	0	0	$\ small U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ small \ frac {2} {3} U_ {dc}$
1	0	1	$\ pequeña U_ {5}$	$\ small U_ {dc}$	0	$\ small U_ {dc}$	$\ small \ frac {1} {3} U_ {dc}$	$\ pequeño - \ frac {2} {3} U_ {dc}$	$\ small \ frac {1} {3} U_ {dc}$
1	1	1	$\ pequeña U_ {7}$	0	0	0	0	0	0

La tabla anterior muestra el tamaño y la ubicación de los ocho vectores espaciales de voltaje básicos.

Figura 2 Diagrama vectorial del espacio de voltaje

Entre ellos, la magnitud del vector distinto de cero es la misma (la longitud del módulo es $\ small \ frac {2} {3} U_ {dc}$ ), los vectores adyacentes están espaciados $\ small 60 ^ {\ circ}$ y los dos vectores cero tienen magnitud cero y están ubicados en el centro. En cada sector, seleccione dos vectores de voltaje adyacentes y vectores cero, y sintetice cualquier vector de voltaje en cada sector de acuerdo con el principio de equilibrio voltio-segundo, a saber:

$\ small \ int_ {0} ^ {T} U_ {ref} dt = \ int_ {0} ^ {T_ {x}} U_ {x} dt + \ int_ {T_ {x}} ^ {T_ {x} + T_ {y}} U_ {y} dt + \ int_ {T_ {x} + T_ {y}} ^ {T} U_ {0} dt$

O equivalente a la siguiente fórmula:

$\ pequeña U_ {ref} \ ast T = U_ {x} \ ast T_ {x} + U_ {y} \ ast T_ {y} + U_ {0} \ ast T_ {0}$

Donde $\ pequeña U_ {ref}$ un vector de voltaje deseado; $\ T pequeña$ es el período de muestreo; $\ pequeño T_ {x}, T_ {y}, T_ {0}$ respectivamente corresponden a dos vectores de voltaje distintos de $\ pequeña U_ {x}, U_ {y}$ cero y $\ pequeña U_ {0}$ acción de tiempo del vector de voltaje cero de un período de muestreo; que $\ pequeña U_ {0}$ incluyen $\ pequeña U_ {0}$ y $\ pequeña U_ {7}$ dos vectores cero. El significado de la fórmula anterior es que el valor del efecto integral producido por el vector $\ pequeña U_ {ref}$ en el $\ T pequeña$ tiempo es el mismo que la suma del efecto integral producido $\ pequeña U_ {x}, U_ {y}, U_ {0}$ en el tiempo $\ pequeño T_ {x}, T_ {y}, T_ {0}$ .

Dado que el voltaje de onda sinusoidal trifásica sintetiza un voltaje de rotación equivalente en el vector espacial de voltaje, y su velocidad de rotación es la frecuencia angular de la potencia de entrada, la trayectoria del voltaje de rotación equivalente será un círculo como se muestra en la Figura 2. Por lo tanto, para generar un voltaje de onda sinusoidal trifásica, puede usar la tecnología de síntesis de vector de voltaje anterior. En el vector de espacio de voltaje, el vector de voltaje establecido $\ pequeña U_ {4} \ izquierda (100 \ derecha)$ comienza desde la posición, y cada vez que aumenta en un pequeño incremento, cada pequeño incremento establece el voltaje El vector puede ser sintetizado por dos vectores adyacentes básicos distintos de cero y vectores de voltaje cero en el área, de modo que el vector de voltaje establecido obtenido sea equivalente a un vector espacial de voltaje que gira suavemente sobre el vector espacial de voltaje para lograr el voltaje El propósito de la modulación de ancho de pulso por vector espacial.

1.2 Derivación de la regla SVPWM

La velocidad angular de rotación del vector de voltaje sintetizado por el voltaje trifásico dado es $\ pequeño \ omega = 2 \ pi f$ , el tiempo requerido para una revolución es $\ small T = \ frac {1} {f}$ ; si la frecuencia portadora es $\ small f_ {s}$ ; la relación de frecuencia es $\ pequeña R = \ frac {f_ {s}} {f}$ . De esta manera, el plano de rotación de voltaje se corta en $\ pequeña R$ pequeños incrementos, es decir, el ángulo de cada incremento del vector de voltaje establecido es:

$\ small \ gamma = \ frac {2 \ pi} {R} = \ frac {2 \ pi f} {f_ {s}} = \ frac {2T_ {s}} {T}$

Ahora suponga que el vector de voltaje a sintetizar está $\ pequeña U_ {ref}$ en la posición del primer incremento en la zona 1, como se muestra en la siguiente figura.Si desea usar $\ pequeña U_ {4}, U_ {6}, U_ {0}$ y $\ pequeña U_ {7}$ sintetizar, use el valor promedio para obtener el equivalente:

$\ pequeña U_ {ref} \ ast T_ {z} = U_ {4} \ ast T_ {4} + U_ {6} \ ast T_ {6}$

Figura 3 Síntesis y descomposición del vector espacial de voltaje en la primera área

En el sistema de coordenadas de referencia estacionaria de dos fases, el ángulo entre la suma y el $\ pequeña \ izquierda (\ alpha, \ beta \ derecha)$ orden se puede obtener mediante la ley del seno: $\ pequeña U_ {ref}$ $\ pequeña U_ {4}$ $\ pequeño \ theta$

Porque $\ pequeña \ izquierda | U_ {4} \ right | = \ left | U_ {6} \ right | = \ frac {2U_ {dc}} {3}$ , el tiempo de retención de estado para cada vector es:

$\ small \ left \ {\ begin {matrix} T_ {4} = mT_ {s} sin \ left (\ frac {\ pi} {3} - \ theta \ right) \\ T_ {6} = mT_ {s} sin \ theta \ end {matriz} \ right.$

¿Dónde $\ pequeño m$ está el $\ pequeño SVPWM$ factor de modulación (relación de modulación),

$\ small m = \ frac {\ sqrt {3} \ left | U_ {ref} \ right |} {U_ {dc}}$

Y el tiempo asignado para el vector de voltaje cero es:
$\ pequeña T_ {7} = T_ {0} = \ frac {T_ {s} -T_ {4} -T_ {6}} {2}$

$\ pequeña T_ {7} = {T_ {s} -T_ {4} -T_ {6}}$

Para obtener $\ pequeña U_ {4}, U_ {6}, U_ {0}$ y $\ pequeña U_ {7}$ síntesis $\ pequeña U_ {ref}$ tiempo después, el siguiente es cómo generar el pulso real anchura de forma de onda de modulación. En el $\ pequeño SVPWM$ esquema de modulación, la selección del vector cero es la más flexible. La selección adecuada del vector cero puede minimizar el número de conmutaciones, evitar conmutaciones en el momento en que la corriente de carga es grande y minimizar la pérdida de conmutación.

En un ciclo de conmutación, el vector espacial actúa compartiendo el tiempo, formando una secuencia de vectores espaciales en el tiempo. Hay muchas formas de organizar la secuencia de vectores espaciales. Según la simetría del vector espacial, se pueden dividir en conmutación de conmutación de dos fases y conmutación de tres fases. Conmutación de conmutador de fase.

Hable sobre el principio de la tecnología SVPWM en detalle

1. Tecnología SVPWM de modulación vectorial de voltaje espacial

1.1 El principio básico de SVPWM

1.2 Derivación de la regla SVPWM

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