空間矢量調制的基本原理與MATLAB仿真應用

劉雪琴 王思琦 王佳浩 葉鴻凱 余啟燦

摘要：空間電壓矢量脈寬調制技術（SVPWM）在電力電子變換控制與電機傳動控制中有著廣泛的應用。本文分析了SVPWM技術的基本原理以及其在Matlab/Simulink中模型的實現方法，并研究了SVPWM技術在永磁同步電機矢量控制中的應用。通過在Matlab中進行仿真，驗證了所搭建SVPWM模型的準確性，并驗證了該方法在電機應用中的實用性。

關鍵詞：SVPWM;扇區;數學模型;仿真

The?basic?principle?of?space?vector?pulse?width?modulation?and?MATLAB?simulation?application

Liu?Xueqin???Wang?Siqi???Wang?Jiahao??Ye?Hongkai???Yu?Qican

College?of?Information?Science?and?Engineering，?Wuhan?University?of?Science?and?Technology???Hubei?Wuhan?430080

Abstract：Space?vector?pulse?width?modulation?（SVPWM）?has?a?wide?application?in?power?electronic?conversion?control?and?motor?transmission?control.?This?paper?analyzes?the?basic?principle?of?SVPWM?technology?and?the?method?of?modeling?in?Matlab/Simulink，?and?also?studies?the?application?of?SVPWM?technology?in?vector?control?of?permanent?magnet?synchronous?motor.?Through?simulation?in?Matlab，?the?accuracy?of?the?model?is?verified，?and?the?practicability?of?the?method?in?the?application?of?motor?is?obtained.

Keywords：SVPWM，sector，?mathematical?model，simulation

1?緒論

空間電壓矢量PWM（SVPWM）技術將逆變器和交流電機作為一個整體考慮，能有效地減小逆變器電壓諧波損耗，同時能顯著提升直流電壓的利用率，且易于實現實時控制，因此比傳統的正弦波PWM（SPWM）技術應用更為廣泛，是電力電子變換控制與電機傳動控制中重要的PWM調制方式?[1-3]?。

本文詳細分析了SVPWM技術的基本原理和實現方法，并介紹了其在Matlab中結合三相交流永磁同步電機控制的應用仿真，通過仿真結果驗證了該技術實現的可行性和正確性。

2?SVPWM的基本原理

依據傳統三相電壓型逆變器的拓撲結構，其正常工作時上下兩橋臂呈現互補狀態，不能同時打開或關斷。設上橋臂開通時狀態為1，下橋臂開通時狀態為0，那么此電路一共有八種開關狀態，依據逆變器空間電壓矢量的定義，可以得到六個基本電壓矢量以及兩個零矢量，它們將復平面分為六個扇區。依據矢量合成的原理，在每一個扇區中參考電壓矢量都可以由該扇區中相鄰的兩個非零電壓矢量來進行合成。

實現SVPWM技術的基本步驟可以設計如下：（1）判斷所在的扇區，明確該扇區起作用的兩個相鄰電壓矢量;（2）求出兩個相鄰電壓矢量的作用時間;（3）依據電壓矢量的作用順序和零矢量的插入時間，合成輸出PWM信號[4，?5]。

3?仿真結果和分析

利用Matlab/Simulink仿真軟件對SVPWM實現方法進行了仿真研究，按照上述原理和實現步驟，建立了扇區判斷、XYZ計算、T1和T2時間計算等各個環節模塊的仿真模型，并得出仿真實驗波形，其中扇區判斷模塊設計如圖1所示，XYZ計算模塊設計如圖2所示，T1和T2作用時間計算模塊設計如圖3所示，SVPWM模型輸出的調制波波形如圖4所示。

進一步，搭建永磁同步電機矢量控制的Simulink仿真模型，利用SVPWM模塊對反PARK變換輸出的兩相控制電壓進行調制，以輸出三相PWM信號驅動電機運行。電機運行時給定速度為300r/min，仿真得到的實際電機轉速波形如圖5所示，穩態時三相電流波形如圖6所示，仿真結果表明電機實現了轉速的閉環控制，同時電機輸出三相正弦電流，驗證了搭建的SVPWM模塊的正確性和實用性。

4?結論

本文分析了空間電壓矢量PWM的原理和實現方法，在Matlab中建立仿真模型，驗證了所述實現方法和模型的正確性，并驗證了其在永磁同步電機矢量控制系統中的應用。

參考文獻：

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[5]楊洋，賈文超，王潔涵，李超，張睿.基于SVPWM的逆變器仿真研究[J].科技與創新，?2018（10）：?99-100.