基于自然坐标系SVPWM理论分析.doc
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1、基于自然坐标系SVPWM理论分析400 Hz中频电源作为军用雷达、航电设备和部分装甲车辆设备的基准电源之一1-2,其电能质量水平关乎武器装备性能,中频电源的主要负载为电机类负载,大部分工况下处于不平衡的负载状态,而传统中频电源带不平衡负载能力较弱,稳定性和可靠性较差,因此研究中频逆变电源有很重要的意义。三相四桥臂逆变拓扑即在传统三相全桥逆变的基础上增加了一个第四桥臂,将三相负载的中性点与第四桥臂的中点相连,通过第四桥臂来控制中性点电压,使三相四桥臂逆变器可以产生三相独立的电压,使逆变器具有稳定三相电压对称输出的能力。这种逆变拓扑具有控制方法灵活、直流电压利用率高和无需并联大的直流电容的优点,避
2、免连接中点形成变压器,大大减少逆变器的体积重量,减少对各类武器系统、装甲车辆和航空平台有限体积的占用,因此得到广泛的重视和研究。三相四桥臂逆变拓扑的调制策略主要有脉宽调制3、滞环电流控制4、空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse-Width Modulation,SVPWM)5等策略。其中SVPWM具有易实现数字控制和直流母线电压利用率高的优点,因此多应用于逆变器调制中。传统的基于坐标系的SVPWM策略6-7,需要反复对三相电压电流进行坐标变换,运算过程复杂,且必须根据负载情况来确定参考电压,当负载突变或不明时,参考电压的轨迹无法确定,导致实时控制困难。文献8提出了一种基于ab
3、c自然坐标系的三维空间矢量脉宽调制技术,计算方法简单,并且可拓展到多电平三相四桥臂逆变器中进行运用,但参考电压的计算方法尚未给出。本文基于自然坐标系的SVPWM技术,研究三相四桥臂逆变器的调制策略,通过建立分析四桥臂拓扑的平均电流模型,确定参考电压,并根据“伏秒平衡”原则计算参考电压的占空比。由于参考电压是根据负载电流实时计算出的,因此逆变器在三相不平衡负载条件下可稳定输出三相对称电压,且总谐波畸变率较小,并通过仿真和实验加以验证。1基于自然坐标系SVPWM理论分析1.1 空间矢量及电压矢量的合成与选择图1为三相四桥臂逆变器主电路拓扑。主拓扑有四对桥臂,每对桥臂对应两种开关状态,共组成24=1
4、6种开关组合状态,将各桥臂的开关状态用开关矢量Si表示:上式中i=a,b,c,n,分别表示逆变器的A、B、C和N相。且需注意同一桥臂的上下两个开关器件不能同时导通,否则会出现桥臂直通现象,破坏开关器件。根据开关状态可得到电压矢量:结合式(1),可得到逆变器的16种开关组合状态与空间电压矢量的对应关系,如表1所示。表1的16种开关状态对应空间电压矢量描绘到abc自然坐标系中,可得如图2空间电压矢量图。图2可看作是一个封闭十二面体,可用平面Va=0、Vb=0、Vc=0和平面Va-Vb=0、Va-Vc=0、Vb-Vc=0将十二面体分割为二十四个空间四面体,每个四面体由两个零电压矢量(V1、V16)和
5、三个非零电压矢量构成。只要确定了参考电压矢量Vref落在哪个四面体中,即可用对应的空间电压矢量来合成。为判断参考电压矢量落在某个四面体中,将该矢量与Va=0、Vb=0、Vc=0和Va-Vb=0、Va-Vc=0、Vb-Vc=0六个面进行比较,通过判断比较结果来确定合成参考电压矢量的四面体。利用二进制计数法,对六个比较结果进行加权计算,用以标记四面体,特做如下定义:其中Vfa、Vfb、Vfc是参考电压矢量Vref归一化到abc自然坐标系下的量,指针函数的表达式为:由式(2)计算得RP值见表2,其对应二十四个四面体,RP值确定参考电压矢量所在四面体,选择该四面体的非零矢量和零矢量合成参考电压矢量。1
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- 基于 自然 坐标系 SVPWM 理论 分析
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