Vienna整流器的空間矢量調(diào)制方式

我們聊了Vienna整流器的基本工作原理以及調(diào)制方式的一部分，今天我們接著的話題繼續(xù)聊完Vienna整流器的兩種空間矢量調(diào)制：最近三矢量NTV法和基于兩電平等效的SVM法。

1概述

三電平空間矢量包含：最近三矢量NTV法和基于兩電平等效的SVM法。相比于載波調(diào)制和DPWM調(diào)制，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

電壓利用率較高，相比于傳統(tǒng)的SPWM提高約15%，直流母線電壓的輸出范圍更加寬了;

可以靈活地配置冗余小矢量來調(diào)整正負(fù)母線電壓的平衡以及減小開關(guān)動(dòng)作的次數(shù)，相比于傳統(tǒng)的SPWM可以減少1/3;

矢量調(diào)制下的中點(diǎn)電流波動(dòng)更小，在母線電容相同的情況下中點(diǎn)電壓波動(dòng)小，從而導(dǎo)致其輸入電流諧波含量更小;

擁有更小的電感電流紋波，可以減小輸入濾波電感的感量。

三電平空間矢量最早是應(yīng)用于NPC型的變換器，后來拓展到了Vienna整流器中。下面我們來分別介紹一下子。

2最近三矢量NTV法

根據(jù)六個(gè)長(zhǎng)矢量將空間分為六個(gè)扇區(qū)，即從0°到60°為第I扇區(qū)，逆時(shí)針依次增加60°為下一個(gè)扇區(qū)。由于整流二極管的單向?qū)щ娦?，每個(gè)扇區(qū)根據(jù)相電流的流向有的矢量為冗余矢量，故每個(gè)扇區(qū)應(yīng)繼續(xù)劃分。根據(jù)傳統(tǒng)三電平整流器進(jìn)行SVPWM調(diào)制的原則，一般通過三條邊界條件來進(jìn)行扇區(qū)的判斷，繼而在扇區(qū)內(nèi)進(jìn)行小扇區(qū)的確定來進(jìn)行矢量調(diào)制。

當(dāng)給定任意參考矢量，將其坐標(biāo)變換到兩相靜止坐標(biāo)系下Uα和Uβ的值，且由三角變化可求出其在相鄰兩個(gè)矢量上的投影值D1和D2。不妨令X=2√3*Uβ/3，Y=Uα+√3*Uβ/3，Z=-Uα+√3*Uβ/3，由這三個(gè)變量可表示各主扇區(qū)內(nèi)參考矢量在相鄰兩矢量的投影，如下表所示：

下面我們以第I扇區(qū)為例，當(dāng)參考矢量位于第I扇區(qū)時(shí)，為了利用其相鄰的三個(gè)矢量來合成，需要將扇區(qū)進(jìn)一步劃分來計(jì)算各矢量作用時(shí)間，扇區(qū)的進(jìn)一步劃分見下圖，劃分為四個(gè)等邊三角形區(qū)域：

1號(hào)子扇區(qū) 2號(hào)子扇區(qū)

3號(hào)子扇區(qū) 4號(hào)子扇區(qū)

我們?yōu)榱朔奖愀髯由葏^(qū)判斷，需要對(duì)參考矢量在VL1、VL2上的投影進(jìn)行歸一化處理，令d1=D1/(UPN/3)和d1=D1/(UPN/3)，

可以通過下面的式子來進(jìn)行判斷：

由此我們可以得到扇區(qū)I的矢量合成分配表，如下所示：

其中在扇區(qū)I-1和I-3中需要結(jié)合電流的流向來判斷可以使用的小矢量，當(dāng)參考矢量的相角滿足φref<30°時(shí)，B相電流滿足ib<0時(shí)，Vs1可取Vs1+(poo)和Vs1-(onn)，Vs2僅能取Vs2-(oon);當(dāng)參考矢量的相角滿足30°<φref<60°時(shí)，B相電流滿足ib>0時(shí)，Vs1僅能取Vs1+(poo)，Vs2可取Vs2+(ppo)和Vs2-(oon)。另外在扇區(qū)I-1需要零矢量V0(ooo)來作為冗余矢量進(jìn)行矢量補(bǔ)償。

以扇區(qū)I-1為例來進(jìn)行矢量序列的配置，要求每一次僅有一個(gè)開關(guān)管動(dòng)作，這樣不僅可以降低開關(guān)損耗，同時(shí)降低了開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的電磁干擾;另外采取對(duì)稱的三角波進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生來對(duì)稱的PWM脈沖，通常采用七段式來進(jìn)行矢量調(diào)制，其他扇區(qū)的矢量合成和作用時(shí)間以此類推。

據(jù)之前的分析可知，當(dāng)參考矢量位于扇區(qū)I-1且ib<0時(shí)，可以用來合成的基本矢量的狀態(tài)有poo、onn、oon和ooo，其中狀態(tài)o表示開關(guān)閉合，狀態(tài)p和n均表示開關(guān)斷開，且根據(jù)電流的流向自動(dòng)切換，若要滿足每次矢量切換僅有一個(gè)開關(guān)動(dòng)作的話，那么可以排列的順序有兩種：poo、ooo、oon和onn、oon、ooo、poo。

那么，當(dāng)參考矢量位于扇區(qū)I-1且ib>0時(shí)，則有：oon、ooo、poo、ppo和ppo、poo、ooo、onn。z對(duì)應(yīng)的脈沖波形和占空比如下圖：

當(dāng)ib<0到ib>0進(jìn)行切換的時(shí)候，采用第一種組合需要標(biāo)變換A相和C相的比較邏輯，而采用第二種組合時(shí)，則僅需變換B相開關(guān)的比較邏輯即可。所以，如果采用數(shù)字控制時(shí)，采用第二種組合可以簡(jiǎn)化程序。

綜合上面說的，最近矢量NTV法的扇區(qū)劃分從0°開始，每個(gè)扇區(qū)劃分為4個(gè)子扇區(qū)，共有24個(gè)扇區(qū)。每個(gè)小扇區(qū)內(nèi)矢量選擇即其矢量作用時(shí)間均不相同，計(jì)算方式也有所差別。鑒于Vienna整流器的特殊性，同一扇區(qū)內(nèi)可以使用的矢量還會(huì)受到輸入電流的限制，且在電流過零點(diǎn)前后矢量序列的選取對(duì)開關(guān)邏輯的影響也需要納入考慮范疇，所以這個(gè)過程的復(fù)雜性不言而喻了，如果大家遇到的話，感興趣的可以花點(diǎn)工夫理解下。