发布时间 : 星期五 文章基于SVPWM的三相电压型PWM整流器的仿真设更新完毕开始阅读
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根据对三相电网电动势相位的检测得到所需的指令电流的相角，从而得到了三相VSR间接电流控制的指令电流矢量。
2.4.2 直接电流控制
直接电流控制是采用闭环反馈控制系统实现对电流的幅相控制，其优点有：电流控制精度高、动态响应速度快、过流保护容易等，直接电流控制目前已成为开关控制技术的主导方向。直接电流控制策略的优势有：其一，可以获得理想的稳态和动态电流控制效果；其二，会对负载变化、输出直流电压的波动、功率开关的压降、桥臂死区等因数对输入电流的影响产生都有很强的抑制作用。
直流电流控制是在间接电流控制性能不足的情况下提出来的，两者的结构区别主要为是否具有网侧电流闭环。由于网侧电流闭环控制的应用，使得整流器网侧电流的动、静态性能得到了极大地提高，同时也使系统参数的变化对网侧电流的影响微乎其微，从而增强了电流控制系统的鲁棒性。
当有源电力滤波等领域要用到三相PWM整流器时，网侧电流的控制性能就至关重要，直接决定了系统的好坏。目前已经广为人知的直接电流控制方式有：固定开关频率的PWM电流控制、滞环电流控制等。一般来说，固定开关频率的PWM电流控制由于算法比较简单，实现起来也较为方便，并且由于其固定的开关频率使得网侧电感设计起来相对较为简单，具有一定的优势。但是在开关频率比较低的时候，固定开关频率也有其缺点：一是电流动态响应比较慢；二是电流动态偏差随电流变化率的变化而变化。两者对比之下，滞环PWM电流控制的电流响应速度很快，且网侧电流跟踪的误差将会随着设定电流指令上下限的减小而减小，从而使电流控制的精度大大提升，但缺点是开关频率不固定，使网侧电感设计困难，开关损耗增大，所以很少用于大功率场合[8]。
(1)三角载波比较法
滞环电流控制法虽然实现简单，但其开关频率不固定，且随着系统运行条 件的变化而变化，不能有效地控制开关器件的最高开关频率：三角载波比较的 电流直接控制方式中，功率开关器件的开关频率固定，并等于载波频率，这给 高频滤波器的设计带来方便，并且输出的电流所含的谐波少，因此常用于对谐 波和噪声要求严格的场合。指令电流ia*、ib*、ic*和交流侧电流传感器的电流ia、ib、ic进行比较，求出电流偏差，送入运算放大器A放大后，其输出再进入比较器和三角载波比较，由此得到频率与载波频率相同的PWM波形控制开关管的通断。放大器A通常具有比例积分特性或比例特性，比例系数与积分时间常数直接影响电流控制的特性。
(2) 滞环电流控制
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这种控制策略是将指令电流与反馈电流通过固定环宽的滞环比较单元，在通过电网电动势的前馈控制生成三相正弦调制电压。滞环电流控制的电流环没有PI、PID或者P调节，而只有一个滞环比较器，当电流的偏差值超过了滞环比较器给定的范围时，按照一定的规则控制开关器件的开通和关断，从而实现对电流的实时跟踪。
与无电流内环的间接电流控制相比，固定开关频率的PWM电流控制加快了电流的响应速度，改善了电压外环的动态性能。但是，固定开关频率的PWM电流控制对系统的参数以及负载的扰动仍然比较敏感，在三相VSR交流侧电压峰值Urm波动时，电流跟踪的偏差大小也跟着波动。而滞环电流控制在整流器交流侧电压峰值Urm波动的同时，整流器的开关频率也同时改变，因此可以减小电流跟踪的误差，弥补了固定开关频率的PWM电流控制在电流跟踪方面的不足。
2.5 SVPWM调制技术基本原理
空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)[9]是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。
假设ua、ub、uc为称电压三相正弦相电压，则有：
??ua?Umcos?t?2??ub?Umcos(?t??) (2.31)
3?2?u?Ucos(?t??)cm?3?
其中Um为相电压的幅值，f为电源频率，ω=2πf为相电压的角频率。图2.13为三相电压的向量图，构成一个复平面，使复平面的实轴与A相电压向量重合，虚轴超前实轴90?，分别标识为Re、Im。在这个复平面上，定义三相相电压ua、ub、uc合成的电压空间矢量Uout为：
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22??j??j?j(?t?)2332Uout?(ua?ube?uce)?Ume (2.32)
3bIm?UoutReOac图2.13 电压空间矢量
三相电压型逆变器电路原理图如图2.14所示。定义开关量a，b，c和a'，b'，c'表示6个功率开关管的开关状态。当a，b或c为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a'，b'或c'为0)；反之，当a，b或c为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a'，b'或c'为1)。由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。对于不同的开关状态组合(abc)，可以得到8个基本电压空间矢量。各矢量为：
22?j??j?2Udc3Uout?(a?be?ce3) (2.33)
3则相电压Van、Vbn、Vcn，线电压Vab、Vbc、Vca以及Uout(abc)的值如下表2.1所示（其中Udc为直流母线电压）。
?aUdcＡbcＺＢＣＮa'b'c'
图2.14 三相电压型逆变器原理图
表2.1 开关组态与电压的关系
a 0 b 0 c 0 Van 0 Vbn 0 Vcn 0 18
Vab 0 Vbc 0 Vca 0 ?Uout 0 武汉科技大学本科毕业设计
1 0 0 2Udc/3 -Udc/3 -Udc/3 Udc 0 -Udc 2Udc 32?j2Udce3 30 1 0 -Udc/3 2Udc/3 -Udc/3 -Udc Udc 0 1 1 0 Udc/3 Udc/3 -2Udc/3 0 Udc -Udc ?j2Udce3 34?j2Udce3 35?j2Udce3 30 0 1 -Udc/3 -Udc/3 2Udc/3 0 -Udc Udc 1 0 1 Udc/3 -2Udc/3 Udc/3 Udc -Udc 0 0 1 1 1 1 1 -2Udc/3 0 Udc/3 0 Udc/3 0 -Udc 0 0 0 Udc 0 2Udcej? 30 可以看出，在8种组合电压空间矢量中，有2个零电压空间矢量，6个非零电压空间矢量。将8种组合的基本空间电压矢量映射至图2.13所示的复平面，即可以得到如图2.15所示的电压空间矢量图。它们将复平面分成了6个区，称之为扇区。
??U120(010)Ⅱ?U60(110)Ⅲ?U180(011)15?U111Ⅰ?U0003?U0(100)?4Ⅳ?U240(001)26?U300(101)ⅥⅤ图2.15 电压空间矢量与对应的（abc）示意图
2.6 本章小结
(1) 主要介绍了PWM整流器及其四象限运行的基本原理，并分析比较了单相全桥和三相半桥整流器的拓扑结构的优缺点。
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