电流型逆变器空间矢量调制技术

三相电流型逆变器空间矢量调制技术

1.三相电流型逆变器SVPWM的开关状态

图1.1三相电流型逆变器

三相电流型逆变器如图1.1所示。应用于电流型逆变器的脉宽调制模式通常需要具备两个条件：直流电流必须保持连续；逆变器输出电流应当是确定的。这两个条件转化为脉冲宽度调制的开关约束条件，即在任意时刻只允许有两个功率开关管导通（换相过程除外），并且这两个功率开关一个位于上桥臂，一个位于下桥臂。由此，可引入三值逻辑开关函数Sk，且定义

            （1）

根据上面的定义结合电流型逆变器的主电路拓扑可知，电流型逆变器共有9中开关状态，如表1所示：

表1 三相电流型逆变器开关状态表

开关状态			导通开关器件	逆变器输出电流
Sa	Sb	Sc		iia	iib	iic
0	0	0	T1,T4	0	0	0
0	0	0	T3,T6
0	0	0	T5,T2
1	-1	0	T6,T1	Idc	-Idc	0
1	0	-1	T1,T2	Idc	0	-Idc
0	1	-1	T2,T3	0	Idc	-Idc
-1	1	0	T3,T4	-Idc	Idc	0
-1	0	1	T4,T5	-Idc	0	Idc
0	-1	1	T5,T6	0	-Idc	Idc

从表1中可以看出，当某一相桥臂的上下管导通时，直流电流Idc被旁路，此时逆变器交流侧的输出为0，该种状态通常被称为零开关状态；当某一相的上桥臂和另外一相的下桥臂导通时，此时对应的两相交流电路与直流侧形成回路，该种状态通常被称为非零开关状态。由此，电流型逆变器9种开关状态中有6个非零开关状态和三个零开关状态。

2.三相电流型逆变器的空间矢量

电流空间矢量图如图1.2所示。对于三相对称的电流型逆变器，其三相交流输出电流瞬时值分别为：iia、iib、iic，则有：

                           （2）

采用等幅值坐标变换，将三相电流转换到α、β平面上的两相电流：

                 （3）

电流空间矢量可在α、β构成的复平面上表示为：

                        （4）

将式（3）带入式（4）可以得到由三相交流输出电流瞬时值表示的电流空间矢量为：

                （5）

图1.2电流空间矢量图

由式（5）再结合三值逻辑开关函数Sk可得到三相电流型逆变器的开关状态与电流空间矢量的对应关系如表2所示。

表2 三相电流型逆变器开关状态与电流空间矢量表

开关状态			逆变器输出电流		空间矢量
Sa	Sb	Sc	iiα	iiβ
0	0	0	0	0
0	0	0
0	0	0
1	0	-1	Idc
0	1	-1	0
-1	1	0	-Idc
-1	0	1	-Idc
0	-1	1	0
1	-1	0	Idc

由表2可以绘出三相电流型逆变器再α、β平面上的空间矢量图，如图1.3所示。从图1.3可以看出，六个非零矢量将α、β复平面分成6个扇区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ），每个矢量作为一边可以构成一个正六边形，而三个零矢量即位于正六边形的中点。

图13 三相电流型逆变器的空间矢量图

在图1.3中参考电流矢量Iref可由临近的两个有效矢量和一个矢量合成

              （6）

式中，T1，T2和T0分别是电流矢量、以及零电流矢量的作用时间，Ts是采样周期。

令（6）等式两边实部和虚部相等可以得到：

                      （7）

式中m=Ir/Idc，是逆变器输出相电流基波分量的峰值，Idc是直流母线电流。

扩展到其余五个扇区，在六个扇区内都有电压矢量的作用时间：

                      （8）

式中，Ti，Ti+1和T0分别是相邻的两个基准电流矢量和零电流矢量的作用时间。