工程师论文发表逆变器T型三电平SVPWM策略研究

　　[摘 要]空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术因其技术上的优势被广泛应用于三相逆变控制系统中。本文以最新型的T型三电平逆变器的基本拓扑为基础，分析了T型三电平SVPWM技术的基本原理，并在此基础上提出了一种更易于实现的SVPWM算法。

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　　一、引言

　　近年来，多电平逆变器在中高压大功率场合已逐步进入了实用阶段，而T型三电平技术因其结构更合理、损耗更少、效率更高成为各厂家追捧的热点。

　　二、T型三电平SVPWM传统控制算法

　　三电平SVPWM逆变器与两电平SVPWM逆变器在SVPWM调制的原理上是一致的，但由于三电平逆变器需控制的矢量比两电平的多得多，算法也复杂的多。而T型三电平与其它三电平电路相比，算法上并没有太大的区别，只是根据各IGBT的位置对输出进行调整。

　　如(图1)所示为T型三电平拓扑结构和其单相分解拓扑，每一相输出相电压有三种状态：Udc/2，0，-Udc/2。由于三相的称性，我们可以以a相为例，用P表示Udc/2电平，O表示0电平，N表示Udc/2电平，因此在整个三电平逆变器中总共有33=27种开关状态组合，我们可以由两电平逆变器矢量构成原理推出三电平逆变器的矢量图，如图2所示：

　　三电平逆变器27个空间状态中，总共可以输出19个空间矢量。与三相两电平逆变器不同，三电平逆变器可以分为长矢量，中矢量，短矢量和零矢量。其中3个零矢量、12个短矢量、6个中矢量，以及6个长矢量。

　　在矢量调制过程中，我们将三电平逆变器空间矢量图以每600为一个单位，分为6个大的三角形扇区。由于调制关系的对称性，我们以00～600为例，来说明三电平逆变器空间矢量调制的方法，要实现三电平逆变器调制方法，可以通过以下步骤实现：

　　1.确定参考电压矢量Vref所在大扇区

　　对参考矢量进行分解可得两相静止坐标系下的Uα、Uβ，然后结合正六边形空间矢量图，通过对Uα、Uβ值的判断可以得到大扇区数。

　　2.确定参考电压矢量Vref所在小扇区

　　每个大扇区又可分为6个小扇区，定义参考矢量当前幅角为θ，同样对θ、Uα、Uβ值进行判断可得出小扇区数。

　　3.确定最近三矢量并计算矢量合成时间

　　判断出参考电压矢量所在的区域，也就找到了合成参考适量的三个基本矢量U1，U2，U3，Uref就用U1，U2，U3的时间线性组合来近似等效，根据伏秒平衡方程有：

　　解出T1，T2，T3即完成了三电平SVPWM算法对基本空间矢量的时间计算。

　　在计算其他五个区间的Ta、Tb、Tc时，只要将上述解出的θ值分别用θ-60O、θ-120O、θ-180O、θ-240O、θ-300O来代替即可，可以推导出其它扇区的作用时间和第一扇区相同。

　　4.按矢量分配表发送信号

　　以每个采样周期以负小矢量为起始矢量，采用中心对称的七段式SVPWM波形将矢量的作用时间分配给对应的矢量状态。三相矢量状态对应全部开关状态，将基本矢量的作用时间分配给对应的矢量状态，也就是将开关器件的导通或关断时间分配给对应的开关器件，完成对主电路开关器件的控制。

　　三、一种改进型的三电平SVPWM控制算法

　　在传统的三电平SVPWM控制算法中，大扇区是从0开始，π/3为一个区间划分的，两个扇区之间就会有重叠的标准矢量，这样就会给角度的判断带来难度，增加了算法的复杂性。为了解决这一问题，我们提出了一种新的扇区划分方法，还是以π/3为一个区间，但以-π/3为起始位置，如图3所示

　　从图3中我们可以看出，每个大扇区都有自己独立的角度和矢量区域，不会存在标准矢量重叠的情况。这样就给矢量作用时间的计算和矢量分配带来了便利，大大减小了算法的复杂性。

　　而根据三相静止坐标系和两相静止坐标系的转换关系，把Uα、Uβ值转换为Ua、Ub、Uc，利用Ua、Ub、Uc的正负极性来进行对大扇区数进行判断，更直观的，我们可以根据三相电压波形来对扇区进行明确的划分，如图4所示。

　　根据图示，我们可以得出：

　　(1)当Ua>0，Ub<0，Uc<0时，矢量处于第一扇区;

　　(2)当Ua>0，Ub>0，Uc<0时，矢量处于第二扇区;

　　(3)当Ua<0，Ub>0，Uc<0时，矢量处于第三扇区;

　　(4)当Ua<0，Ub>0，Uc>0时，矢量处于第四扇区;

　　(5)当Ua>0，Ub<0，Uc>0时，矢量处于第五扇区;

　　(6)当Ua>0，Ub<0，Uc>0时，矢量处于第六扇区。

　　当确定大扇区后，接下来是小扇区的判断。如图5所示，我们可以看到，三电平的小扇区如果把上下两个边角补上的话，相当于两电平的大扇区，所以，我们可以根据两电平大扇区的判断方法来进行小扇区数的计算，具体方法可参考两电平SVPWM扇区划分方法，这里就不做过多描述。

　　四、结束语

　　本文介绍了一种新型的T型三电平SVPWM算法，实验证明，此算法简单易行，减少了传统算法中矢量的计算过程，精简了程序量，提高了程序的冗余量和系统的实时性。

　　参考文献

　　[1] 曲学基，曲敬铠，于明扬，逆变技术基础与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.1.

　　[2] 曾允文，变频调速SVPWM技术的原理、算法与应用[J]机械工业出版社，2011.4.

　　[3] 阮新波，三电平直流变换器及其软开关技术[J]科学出版社，2006.12.

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