多相空间矢量调制算法研究
目录
1.绪论 1
1.1 课题的研究意义和背景 2
1.1.1 课题的背景 2
1.1.2 多相交流电机的历史和前景 3
1.2 本课题研究内容 3
1.2.1 课题研究的重点内容 3
1.2.2 课题研究的解决思路 3
1.3 本章小结 4
2.三相SVPWM的控制理论基础 5
2.1 三相SVPWM的基本原理 5
2.2 三相SVPWM的实现方法 6
2.2.1三相逆变器的基本结构 6
2.2.2电压空间矢量的合成 9
2.2.3扇区的切换点时间的确定 9
2.3 本章小结 10
3.五相SVPWM的控制算法分析 11
3.1五相逆变器的结构分析 11
3.2判断电压矢量空间所在的扇区 14
3.3 扇区切换点时间的计算 15
3.4 计算矢量的作用时间 19
3.5 本章小结 21
4.五相SVPWM的SIMULINK仿真 22
4.1 MATLAB 动态仿真工具SIMULINK的介绍 22
4.2空间矢量所在扇区的仿真 22
4.3最近四矢量作用时间的仿真 23
4.4 切换点时间的仿真 25
4.5 PWM触发信号的仿真 27
4.6 本章小结 29
总结 30
参考文献 31
附录 32
致谢 34
1.绪论
1.1 课题的研究意义和背景
1.1.1 课题的背景
一直以来，三相供电系统对电源的相数都是有限制的。但是晶闸管的出现和电力电子的快速发展使得这一问题得到很大的改善，在此基础上可以获得多相的电源。交流电机的电源如果是由逆变器提供的话，定子的数可以看成一种全新的自己来定义的参数，然后再根据实际要求来提出性能相对较高的电机和相应的变频调速系统[1]。
近年来，一直有一个热点的研究话题那就是交流异步电机的调速，经过十几年的发展，许多
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
种性能非常高的三相交流变频系统调速方法现在都已经相对稳定了。对系统来说如何改善其可靠性这个问题上面还是没有取得太多的进展。而在实际当中，当使用的三相异步电机的容量越来越大的时候，想要变频调速那就越难实现了，由于受到功率开关元件的束缚，大多数情况下会采用多电平逆变器或者逆变器多级频率控制来实现三相异步电机在大功率下的变频调速，虽然这样可以解决部分问题，但还不可避免的是，定子绕组还是要承受高电压和较大电流，这样就会产生绝缘性能以及散热效果方面的问题[10]。而且，功率开关元件连接方式（串联或者并联）也同样存在着电压和电流的在静态的和动态的均衡问题。对于上面所涉及到的问题，这些方面多相电机就不会存在如此多的问题，而且它的性能要比三相的异步电机好很多。
为了获得较高的性能，较高的效率和很高的性价比，可以发现在电机的调速系统当中，会尽可能的采用减少使用电机的台数并且使用单机功率相对比较大的电机。这样就会产生一些不好的影响，比如上面所说的三相异步电机单机容量越来越大的问题。在大功率系统中，不难发现多相异步电机比三相异步电机具有更多的优点。首先系统的可靠性会很高。其次它的力矩波动幅值和绕组的电流幅值都是比较小的，而且逆变器端的电流谐波较小，最后还有就是相数较高，会提高输出力矩和输入电流的比值[2]。
在这样的背景下本课题研究多相逆变器中空间矢量（SVPWM）的实现方法，选择适用于一般性的五相异步电机的空间矢量脉宽调制技术，并且通过Matlab来仿真进行验证。
1.1.2 多相交流电机的历史和前景
多相异步电机就是指在电机定子的圆周上存在着多相定子绕组的异步电机。根据现代的电力电子器件的在持续的发展和电力电子技术的进步，跟电能有关的几个非常重要的参数都要进行很大的调整。尤其是在多相异步电机方面，多相的电力系统可以进行改变了。在以前，因为可靠性而吸引了很多人关注的并进行相关研究的是多相系统。在电力系统的应用当中，多相系统很多时候可以提升关于对电力传输的[2]。如果要在电机的气隙中产生非常稳定的旋转磁场，那一定要求平衡的多相电源在空间上的作用是均匀的多相绕组。这样交流电机才能实现稳定的旋转磁场。然而，对于用电机来作为驱动的应用系统来说，多相系统可以从根本上解决给功率比较大的电气传动系统对于高效能和负载变化范围大的所产生的需求，总而言之，电力电子技术与电机技术的完美组合才会有多相异步电机系统的存在[3]。
我们相信在我未来随着技术的日益发展和科技的进步，多相交流电机会在更多的领域发挥着它更强大的功能，凭借着其比三相系统具有更多的高效性、更高的效率和更高的性价比这些优点，多相系统会越来越受到人们的青睐。
1.2 本课题研究内容
1.2.1 课题研究的重点内容
1).掌握了解三相SVPWM的基本原理
2).掌握三相SVPWM调制算法及其波形的仿真
3).通过对三相空间矢量的研究扩展到五相电压空间矢量的研究，并分析出五相空间 矢量的控制算法和波形的仿真
4).选取有效方案进行详细论述并对选取的方案用 Matlab软件中的simulink模块建立仿真模型，并进行仿真分析。
5).由仿真结果判断所选用的方案的特点，适用条件。
1.2.2 课题研究的解决思路
五相空间矢量的研究首先要掌握三相空间矢量的最基本原理、三相电压空间矢量控制技术，并且能够熟知三相电压空间矢量的状态分布。在此基础上熟练运用电压空间矢量的控制技术，为下面拓扑到五相空间矢量的研究做好理论基础。并且还要学习三相的空间矢量对应扇区切换点时间的确定方法并且知道切换点时间的计算技巧。接着要学会怎样去运用Matlab软件中的Simulink模块。当掌握这些基础知识后进行三相的SVPWM的仿真，具体去了解Matlab软件中Simulink模块强大的功能。根据掌握的三相SVPWM技术来联系到五相上面，进一步分析五相SVPWM的控制算法，判断其电压矢量空间所在的扇区，计算相应矢量作用的时间，并且研究出其扇区切换点时间的计算。基于上面的知识基础运用到五相SVPWM的控制算法，并且能真正了解其工作原理。最后通过Matlab软件中Simulink模块来搭建各个相应的模块来检验给出的控制算法的研究，检验其可行性。最后从整体上分析五相空间矢量调制算法。
1.绪论 1
1.1 课题的研究意义和背景 2
1.1.1 课题的背景 2
1.1.2 多相交流电机的历史和前景 3
1.2 本课题研究内容 3
1.2.1 课题研究的重点内容 3
1.2.2 课题研究的解决思路 3
1.3 本章小结 4
2.三相SVPWM的控制理论基础 5
2.1 三相SVPWM的基本原理 5
2.2 三相SVPWM的实现方法 6
2.2.1三相逆变器的基本结构 6
2.2.2电压空间矢量的合成 9
2.2.3扇区的切换点时间的确定 9
2.3 本章小结 10
3.五相SVPWM的控制算法分析 11
3.1五相逆变器的结构分析 11
3.2判断电压矢量空间所在的扇区 14
3.3 扇区切换点时间的计算 15
3.4 计算矢量的作用时间 19
3.5 本章小结 21
4.五相SVPWM的SIMULINK仿真 22
4.1 MATLAB 动态仿真工具SIMULINK的介绍 22
4.2空间矢量所在扇区的仿真 22
4.3最近四矢量作用时间的仿真 23
4.4 切换点时间的仿真 25
4.5 PWM触发信号的仿真 27
4.6 本章小结 29
总结 30
参考文献 31
附录 32
致谢 34
1.绪论
1.1 课题的研究意义和背景
1.1.1 课题的背景
一直以来，三相供电系统对电源的相数都是有限制的。但是晶闸管的出现和电力电子的快速发展使得这一问题得到很大的改善，在此基础上可以获得多相的电源。交流电机的电源如果是由逆变器提供的话，定子的数可以看成一种全新的自己来定义的参数，然后再根据实际要求来提出性能相对较高的电机和相应的变频调速系统[1]。
近年来，一直有一个热点的研究话题那就是交流异步电机的调速，经过十几年的发展，许多
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
种性能非常高的三相交流变频系统调速方法现在都已经相对稳定了。对系统来说如何改善其可靠性这个问题上面还是没有取得太多的进展。而在实际当中，当使用的三相异步电机的容量越来越大的时候，想要变频调速那就越难实现了，由于受到功率开关元件的束缚，大多数情况下会采用多电平逆变器或者逆变器多级频率控制来实现三相异步电机在大功率下的变频调速，虽然这样可以解决部分问题，但还不可避免的是，定子绕组还是要承受高电压和较大电流，这样就会产生绝缘性能以及散热效果方面的问题[10]。而且，功率开关元件连接方式（串联或者并联）也同样存在着电压和电流的在静态的和动态的均衡问题。对于上面所涉及到的问题，这些方面多相电机就不会存在如此多的问题，而且它的性能要比三相的异步电机好很多。
为了获得较高的性能，较高的效率和很高的性价比，可以发现在电机的调速系统当中，会尽可能的采用减少使用电机的台数并且使用单机功率相对比较大的电机。这样就会产生一些不好的影响，比如上面所说的三相异步电机单机容量越来越大的问题。在大功率系统中，不难发现多相异步电机比三相异步电机具有更多的优点。首先系统的可靠性会很高。其次它的力矩波动幅值和绕组的电流幅值都是比较小的，而且逆变器端的电流谐波较小，最后还有就是相数较高，会提高输出力矩和输入电流的比值[2]。
在这样的背景下本课题研究多相逆变器中空间矢量（SVPWM）的实现方法，选择适用于一般性的五相异步电机的空间矢量脉宽调制技术，并且通过Matlab来仿真进行验证。
1.1.2 多相交流电机的历史和前景
多相异步电机就是指在电机定子的圆周上存在着多相定子绕组的异步电机。根据现代的电力电子器件的在持续的发展和电力电子技术的进步，跟电能有关的几个非常重要的参数都要进行很大的调整。尤其是在多相异步电机方面，多相的电力系统可以进行改变了。在以前，因为可靠性而吸引了很多人关注的并进行相关研究的是多相系统。在电力系统的应用当中，多相系统很多时候可以提升关于对电力传输的[2]。如果要在电机的气隙中产生非常稳定的旋转磁场，那一定要求平衡的多相电源在空间上的作用是均匀的多相绕组。这样交流电机才能实现稳定的旋转磁场。然而，对于用电机来作为驱动的应用系统来说，多相系统可以从根本上解决给功率比较大的电气传动系统对于高效能和负载变化范围大的所产生的需求，总而言之，电力电子技术与电机技术的完美组合才会有多相异步电机系统的存在[3]。
我们相信在我未来随着技术的日益发展和科技的进步，多相交流电机会在更多的领域发挥着它更强大的功能，凭借着其比三相系统具有更多的高效性、更高的效率和更高的性价比这些优点，多相系统会越来越受到人们的青睐。
1.2 本课题研究内容
1.2.1 课题研究的重点内容
1).掌握了解三相SVPWM的基本原理
2).掌握三相SVPWM调制算法及其波形的仿真
3).通过对三相空间矢量的研究扩展到五相电压空间矢量的研究，并分析出五相空间 矢量的控制算法和波形的仿真
4).选取有效方案进行详细论述并对选取的方案用 Matlab软件中的simulink模块建立仿真模型，并进行仿真分析。
5).由仿真结果判断所选用的方案的特点，适用条件。
1.2.2 课题研究的解决思路
五相空间矢量的研究首先要掌握三相空间矢量的最基本原理、三相电压空间矢量控制技术，并且能够熟知三相电压空间矢量的状态分布。在此基础上熟练运用电压空间矢量的控制技术，为下面拓扑到五相空间矢量的研究做好理论基础。并且还要学习三相的空间矢量对应扇区切换点时间的确定方法并且知道切换点时间的计算技巧。接着要学会怎样去运用Matlab软件中的Simulink模块。当掌握这些基础知识后进行三相的SVPWM的仿真，具体去了解Matlab软件中Simulink模块强大的功能。根据掌握的三相SVPWM技术来联系到五相上面，进一步分析五相SVPWM的控制算法，判断其电压矢量空间所在的扇区，计算相应矢量作用的时间，并且研究出其扇区切换点时间的计算。基于上面的知识基础运用到五相SVPWM的控制算法，并且能真正了解其工作原理。最后通过Matlab软件中Simulink模块来搭建各个相应的模块来检验给出的控制算法的研究，检验其可行性。最后从整体上分析五相空间矢量调制算法。
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