最近有不少小伙伴問(wèn)我無(wú)刷電機(jī)控制的SVPWM七段式算法，之前確實(shí)寫(xiě)了一篇，但是被我刪除了，現(xiàn)在重新把它擺出來(lái)。

 

一般控制三相電機(jī)的控制技術(shù)采用SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）算法。它對(duì)于電機(jī)控制可以提供更高的效率和更低的噪聲。SVPWM控制算法可以分為七段式和五段式兩種。今天我們先介紹下七段式算法如何應(yīng)用到電驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行電磁兼容性仿真。七段式是一種更復(fù)雜的SVPWM控制技術(shù)，可以將三相電機(jī)的輸出電壓分解為七個(gè)矢量，分別為正向最大矢量，正向中等矢量，正向最小矢量，負(fù)向最小矢量，負(fù)向中等矢量，負(fù)向最大矢量和零矢量。這七個(gè)矢量可以通過(guò)控制脈沖寬度來(lái)控制三相電機(jī)的輸出電壓。

 

SVPWM基本原理

要得到一個(gè)恒定大小的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以先來(lái)得到一個(gè)恒定大小的旋轉(zhuǎn)電壓矢量。如下圖：

 

 

 

從上圖可知，我們可以通過(guò)互差120度，大小隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化的3個(gè)分矢量來(lái)合成一個(gè)大小不變旋轉(zhuǎn)的總矢量。于是問(wèn)題又變成了：如何得到大小隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化的3個(gè)分矢量呢？我們先回到電機(jī)上，其實(shí)這3個(gè)分矢量就對(duì)應(yīng)了電機(jī)的3個(gè)繞組，3個(gè)繞組就是互差120度的，只要再控制繞組上的電壓大小按照正弦規(guī)律變化，是不是就可以得到大小不變旋轉(zhuǎn)的總矢量呢？看下面電機(jī)定子的坐標(biāo)系圖：

 

 

 

如果讓繞組上的電壓大小按照正弦規(guī)律變化呢？直接通交流電，就是正弦的呀，可不可以呢？驅(qū)動(dòng)器的控制電路如下：

 

 

 

我們只能控制6個(gè)管子的開(kāi)關(guān)而已，看來(lái)直接通交流電是不行了。于是我們只能控制PWM的占空比來(lái)等效正弦：

 

 

 

上圖所示占空比越大，電壓越大；占空比越小，電壓越小。讓占空比呈正弦變化，電壓值自然也就呈正弦變化了。

 

我們用公式來(lái)表示一下：定義這三個(gè)電壓空間矢量為UA(t)、UB(t)、UC(t)，他們方向始終在各自的軸線上，而大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位上互差120度。假設(shè)Um為相電壓的有效值（相電壓呈正弦變化），f為電源頻率，則有：

 

 

 

 

SVPWM波

SVPWM波是由三角波和馬鞍波調(diào)制生成的，如圖所示，馬鞍波可以通過(guò)零序分量注入和六相疊加生成，也有同學(xué)通過(guò)正弦波和它的三次諧波疊加生成，也是勉強(qiáng)可以接受的。

 

 

CST內(nèi)部的SVPWM波腳本

 

CST Studio Suite 2023版增加了SVPWM的七段式算法，它采用的是零序分量注入的算法，可以在Macros里面找到腳本，如圖，Modulation Schemes下拉菜單選擇Space Vector，在輸入仿真需要的各個(gè)參數(shù)就可以生成SVPWM波。

 

小編自己使用的六相疊加的算法，顧名思義就是程序上把六個(gè)相限的公式寫(xiě)出來(lái)最后疊加在一起，使用CST自帶的VBA編輯器，方便又好用。VB的代碼也比較容易上手。

 

 

 

需要設(shè)置這么多參數(shù)：

（1）開(kāi)關(guān)頻率

（2）相電流頻率，它等于電機(jī)轉(zhuǎn)速X電機(jī)磁極對(duì)數(shù)/60，堵轉(zhuǎn)的時(shí)候它等于0.

（3）信號(hào)總時(shí)間和時(shí)間步長(zhǎng)，這個(gè)設(shè)置需要注意，生成的信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)等于總時(shí)間/時(shí)間步長(zhǎng)，如果采樣點(diǎn)太多會(huì)影響到仿真計(jì)算時(shí)間。

（4）高低電壓，高壓電驅(qū)仿真的時(shí)候或出現(xiàn)低壓為負(fù)壓

（5）初始相位只有堵轉(zhuǎn)的時(shí)候才會(huì)用到，窗口才會(huì)打開(kāi)

（6）選擇七段式還是五段式

 

設(shè)置完成所有參數(shù)后大功告成，我們來(lái)看一下六相疊加的七段式算法生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖：

 

下圖中我們可以看到，在每一個(gè)扇區(qū)三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形都會(huì)有七段。

 

 

如圖所示，七段式控制的無(wú)刷電機(jī)的開(kāi)關(guān)模式有七種狀態(tài)，所以我們?cè)诜治鰺o(wú)刷電機(jī)的EMI問(wèn)題時(shí)，理論上我們可以把電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分解成七種去分析，000表示三相橋上管mosfet全部關(guān)閉 。實(shí)際上只需要分析四種三相橋的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

 

 

 

（內(nèi)容、圖片來(lái)源：CST仿真專家之路公眾號(hào)，侵刪）

 

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