常國祥1,李 志1,包龍新2
(1.黑龍江科技學院,黑龍江 哈爾濱 150027;2.上海禧龍太陽能科技有公司,上海 201517)
摘 要:文中研究了60°坐標系下SVPWM一種新算法,通過3個基本矢量的開關狀態函數根的個數來確定每個基本 矢量的類型即零矢量、小矢量、中、大矢量。無需判斷大扇區以及矢量作用時間復雜的分配,簡化了計算。Matlab\simulink仿真結果表明了該算法有效性。
關鍵詞:60°坐標系;SVPWM;開關狀態函數
中圖分類號:TM921.51 文獻標識碼:A 文章編號:1003-7241(2012)04-0072-04
1 引言
中點箝位式(neutral-point-clamped NPC)三電平逆變器相對于傳統兩電平逆變器有很多的優勢,三電平NPC逆變器輸出性能取決于PWM控制策略,空間電壓矢量調制技術(SVPWM)以其易于數字實現,直流電壓利用率高等優點,得到了廣泛的應用[1-2]。傳統的SVPWM的算法在確定參考矢量扇區的和開關時間上需要大量的三角函數的運算,占用主控芯片的大量資源[2-3]。文獻[2]細論述了基于 60°坐標系的三電平逆變器空間電壓矢量調制的原理以及基本矢量及其作用時間的計算。文獻[3]、[4]論述的60°坐標系SVPWM的算法都需要區分參考矢量所在大扇區和所處的小三角形區域。
本文研究的基于60°坐標系下SVPWM算法無需扇區的判斷和三角函數的運算,只需要根據3個基本矢量的開關狀態函數根的個數來確定每個基本矢量的類型即零矢量、小矢量、中、大矢量,然后重新分配矢量的作用順序和時間,無需進行大量的查表。
2 傳統的三電平空間矢量調制[5-6]
三電平NPC逆變器電路如圖1所示每一相有四個IGBT器件,改變開關狀態可獲得三種不同的輸出電壓。表1為A相輸出的電壓組合,用P、O、N表示輸出的三電平。所有空間矢量可以分類為零矢量、小矢量(內六邊形的頂點)、中矢量(外六邊形邊的中點)和大矢量(外六邊形的頂點),零矢量和小矢量都有冗余開關狀態
傳統SVPWM算法的基本思路是:確定合成參考電壓矢量的三個基本矢量;確定每個基本矢量的作用時間;確定基本矢量的開關狀態和輸出次序,采用七段式或五段式調制生成所需的PWM波形。算法中需要判斷參考電壓矢量所在扇區、小三角形區域以及計算基本矢量作用時間,這些都需大量的運算。以扇區I為例,參考矢量如圖2所示[2]處在B三角形區域中
同理可得參考矢量位于A、C、D三角形中的三個矢量的作用時間,根據對稱性,可以求出其余5個扇區的矢量作用時間。
3 60°坐標系SVPWM的算法
該算法是依據三電平基本空間矢量之間的角度均為60°的倍數這一特點,采用非正交的60°坐標系。這樣有助于參考矢量的合成與作用時間的簡化,實現三電平NPC逆變器的快速脈寬調制控制。
3.1 基本矢量類型的確定
設60°坐標系為g-h坐標系,取g軸和α-β坐標系中的α軸重合,逆時針旋轉60°為h軸。關于α-β坐標系轉化到g-h坐標系;基本矢量的確定;作用時間的計算有很多文獻進行論述[2-4],本文在此略去。
在得到參考矢量的三個基本矢量后,通過開關狀態函數可以確定三相輸出開關的狀態,本文中三相開關狀態N、O、P分別用0、1、2表示。設三個基本矢量之一為:
4 仿真結果與分析
為了驗證基于60°坐標系下的SVPWM算法的有效性,建立了基matlab\Simulink的仿真模型,仿真使用了三相阻感性負載進行研究。
本文所采用的三相負載參數為:電阻R=10Ω,電感L=45mH,直流電壓為650V,調制比=0.804,給出了采樣頻率為5kHz、系統輸出頻率為50Hz時的運行波形,如圖6-8所示驗證了在三電平NPC逆變器中采用60°坐標系下SVPWM算法的正確性和有效性。
5 結束語
詳細論述了一種基于60°坐標系的三電平NPC逆變器的SVPWM的算法,通過對3個基本矢量的開關狀態函數根的個數的利用,簡化了基本矢量作用次序和作用時間的分配,不需要大量的查表和復雜的運算,為三電平NPC逆變器SVPWM實時控制提供了一種十分有效的方法。仿真結果證明了該算法的正確性和有效性。
參考文獻:
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