发布时间 : 星期一 文章中文摘要3-电力电子三电平空间矢量更新完毕开始阅读a801af0f844769eae009edd3
3. 三电平空间矢量脉宽调制技术 3.2 在过调制区工作的三电平SVPWM
如第二章所述，当指令电压矢量V*的幅值增大到超过六边形的边界，这时逆变器工作于本质上具有非线性控制特性的过调制区域。三电平SVPWM在过调制区域的工作原理与两电平SVPWM是相似的。下面以A扇区的工作过程为例进行讨论。 3.2.1 过调制模式-1
从图3.5（b）可看到，当逆变器工作于过调制模式-1，V*在A扇区与六边形边界相交于两点。在参考矢量超出六边形边界的部分，输出基波电压会产生损失。为了补偿这个损失，即为了使输出仍能跟踪指令参考电压，需要选用一个经过修改后的参考电压。这个参考电压的轨迹，部分在六边形上，部分在圆上，如图所示。这个修改后的指令参考电压的运行轨迹
**在圆上的部分为图中所标的ab和de线段，半径增大为Vm（Vm>V），并如图所示与六边
*形相交于?r角。根据第二章的讨论，可知：
*Vm?Vd3cos(??r)6? (3.11)
当V*运行在圆形轨迹时，前面所讨论的所有关于欠调制的工作原理，仍保持适用。例如，在ab段，矢量V1，V2，V3被选择用来合成V*，作用时间分别为Ta，Tb，Tc。在de段，矢量V4，V3，V5分别作用时间Ta，Tb，Tc以合成V*。
Mode-BVImV5V32CD4BV4A1V*3e4Tade4TadAV0E?eFV1RlUV2TcATb?r1?r?3cVb*Tc12?h3cTb2V*bWMode-ATbTaaTcTb??hTaaTc(a) Undermodulation (b) Overmodulation mode-1 (c) Overmodulation mode-2
Figure 3.5 Inverter space voltage vectors explaining operation in undermodulation and overmodulation
regions
当V*运行在六边形轨迹bd段时，与两电平SVPWM相同，这时也只需要用到两个矢量来合成V*，不同的是，bd段要分为bc和cd两段来分析。在bc段时，矢量V2，V3被选择用来合成V*，作用时间分别为Tc，Tb；在cd段时，矢量V3，V5被选择用来合成V*，分别作用时间Tb，Ta。随着调制系数m的增大，交叉角?r不断减小，直至等于0，这时m=0.9514。此时，V*运行的轨迹为完全的六边形。为了保证线性的电压传递特性，交叉角?r与调制系数m之间应保持图2.10所示关系特性。其他5个扇区的工作过程与A扇区是完全类似的。
9
3. 三电平空间矢量脉宽调制技术 3.2.2过调制模式-2
当指令电压矢量V*的幅值或调制系数m进一步增长，逆变器将工作于过调制模式-2。为了使输出基波电压与参考电压保持线性传递特性，需要对实际的轨迹进行修改。如图3.5（c）所示，在这个区域操作的特点是：部分时间使修改后的参考矢量保持在六边形的顶角上，这个时间对应于原参考矢量在空间所走过的角度?h（?h称为保持角）；部分时间使修改后的参考矢量沿六边形的边运行。在保持角内的时间段，逆变器以相应顶角矢量运行，而在沿六边形的边运行时，与过调制模式-1一样，选择两个相应的矢量来合成V*。在模式-2的终点，逆变器以六阶梯波或方波模式运行。这时，指令电压矢量将保持在六边形相隔?/3的顶角上，即?h??6。只以6个顶角矢量运行。在模式2中，根据对?h修正得到的角度?m可由下式给出：
?0 for 0????h?????h??m??? for ?h???(?3??h) (3.12)
??6??h6? for (?3??h)????3??3 同样，为了保证线性的电压传递特性，保持角?h与调制系数m之间应保持图2.14所示关系特性。
3.2.2 六边形轨迹时的合成矢量作用时间推导
从前面的讨论可知，当V*运行在六边形轨迹bd段时，只需要用到两个矢量来合成V*，下面将对这两个矢量的作用时间进行推导。仍以A扇区为例。
V5Tad4Reference V*voltageAVB'VA'cV3Tb3VB?e'1300Reference V*voltageb2Tb?eVATcV2
Figure 3.6 Derivation of time segments in Regions 2 and 4 of sector A for the trajectory on the hexagon
10
3. 三电平空间矢量脉宽调制技术 TSTUP-ONU0V0TS2TS2PNTWN-ONNTcTUP-ONTVN-OFFPOPOPNTVN-ONW0NTb(a)NTbNTcU0V0POTVP-ONTbPTVP-OFFPPPOPW0TWN-ONNNTa(b)NTaNTb
(a) Region 2 (? = 20?) (b) Region 4 (? = 40?)
Figure 3.7 Inverter phase voltage waves in overmodulation hexagon tracking mode showing turn-on time of
P and N states in the two regions of sector A
当V*运行在六边形轨迹bc段（区域2）时，矢量V2，V3被选择用来合成V*，则下面两式成立：
V2?Tc?V3?Tb?V*?Ts/2 (3.13) Tb?Tc?Ts/2 (3.14)
按照图3.6所示投影关系，可推导出Tc，Tb如下：
Tc?TTs3cos?e?3sin?e() (3.15) Tb?s?Tc (3.16)
223cos?e?sin?e同样，当V*运行在六边形轨迹cd段（区域4）时，矢量V3，V5被选择用来合成V*，因此可得下面两式：
V3?Tb?V5?Ta?V*?Ts/2 (3.17) Tb?Ta?Ts/2 (3.18)
按照图3.6所示投影关系，可推导出Tb，Ta如下：
11
3. 三电平空间矢量脉宽调制技术 ''TsTs23cos?e?2sin?eT??Tb (3.20) (3.19) Tb?()a''223cos?e?sin?eTable 3-4: Analytical expressions of time segments of voltage vectors in different regions and sectors during hexagon tracking
Sector Time Segments (Region2) TC?TS3cos?e?3sin?e()23cos?e?sin?e Time Segments (Region4) Tb?Ta?Ts23cos?e?2sin?e()23cos?e?sin?e TS?Tb2A Tb?Ts?Tc2Ta?B Tb?Tc?TS3cos?e()2sin?eTS?Ta2 Tb?Tc?Tb?Ta?Tssin?e?3cos?e()2sin?eTs?Tb2Ts4sin?e()2sin?e?3cos?eTs?Tb2 C Tb?Ta?Ts3cos?e?3sin?e()2sin?e?3cos?e Ts?Tc2 D Tb?Ts?Ta2Tc?Ts3cos?e?3sin?e()23cos?e?sin?e Tb?Ta?Ts23cos?e?2sin?e()23cos?e?sin?e TS?Tb2E Tb?TS3cos?e()2sin?eTS?Tc2 Tb?Ta?Tb?Tc? Tssin?e?3cos?e()2sin?eTs?Tb2Ts4sin?e()2sin?e?3cos?eTs?Tb2 F T3cos?e?3sin?eTa?s()2sin?e?3cos?e Tb?Ts?Ta2 表3-4给出了所有6个扇区的区域2和区域4相应矢量的作用时间。图3.7给出了V*
运行在六边形轨迹上时A扇区区域2和区域4的对应的三相SVPWM波形。图中同样标出了P状态和N状态的开通时间。根据表3-4以及图3.7，可以很容易的得到U相P状态和N状态在区域2和区域4的开通时间函数：
12