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磁場導向控制(Field Oriented Control)_S-/CB-SVPWM的比較
2012/08/15 15:47
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S-SVPWMCB-SVPWM比較

 

Sinusoidal SVPWM (簡稱為S-SVPWM) Carrier Based SVPWM (簡稱為CB-SVPWM) 皆是使用SVPWM空間向量脈寬調變的方法來運作,其差異只是PWM脈寬調變波形不同。雖然S-SVPWMSPWM脈寬調變皆為正弦波形, 但需強調的是S-SVPWM運作方式與正弦波和三角波相交生成的SPWM矩形脈衝波不同,SPWM是正弦波形等效的一系列等幅不等寬的矩形脈衝波形S-SVPWM是將功率器件的開關和電動機看成一個整體,用八個基本電壓向量合成期望的電壓向量,典型的S-SVPWM是一種在SPWM的相調製波中加入了零序分量後進行規則採樣得到的結果,所以兩者在諧波的大致方向上是一致的,只不過SPWM易於簡單硬體電路實現,而S-SVPWM需要數位化控制系統。S-SVPWM意指以正弦波做為空間向量脈寬調變的目標,其空間向量脈寬調變對應比較之CB-SVPWM方式,則是由區段函數組成之波形做為空間向量脈寬調變的目標,在此提供CB-SVPWM更具體說明如下,三相之中我們a相的波形函數為例,可參考如下()的波形:

 

(). Carrier Based SVPWM波形與函數

 

 

 

 

最終需求的CB-SVPWM三相區段波形如().(c)之圖形所顯示,其單相生成程序可以由圖().(a)之三相電壓對其中兩項反向去組合而成,如圖().(a)所示Van VbnVcn三相電壓對其中兩相VbnVcn反向,可以得到圖().(b)之波形圖,然後自其波形擷取Van -Vcn波頂與波底之函數 (0°~120°以及180°~300°區間),即可組成圖().(c)Vcnx波形圖之部分區間,而Van -Vcn沒有波頂與波底之區間部分 (120°~180°以及300°~360°區間)則以類似固定斜率之直線函數將波頂間的區間作銜接,即得到Vcnx完整之波形圖,同理,VanxVbnx完整之波形圖函數,也可以比照上述之方法得到

 

(). Carrier Based SVPWM的目標波形組成

 

 

 

 

(). S-SVPWM (SPWM) CB-SVPWM輸出的線電壓最大值比較

 

 

 

CB-SVPWMS-SVPWM (SPWM) 的電壓利用率高15.4% 這是發展CB-SVPWM的最大目的, 對於S-SVPWMSPWM會是等效的原因在於同樣使用正弦波調變的方式,雖然S-SVPWM (SPWM)調變波形比CB-SVPWM簡單,甚至SPWM擁有簡單外部電路便可產生的優點,但是它對母線電壓的利用率比較低,顯然是最大缺點。對電機而言,驅動電壓只與線電壓(兩相之間電壓差值)有關,而與其相對驅動器的相電壓Van VbnVcn無直接關係,所以計算電壓利用率當以線電壓做為相對比較之基準,如().(a)中所示,以S-SVPWM (SPWM) 驅動的功率模組輸出的3相線電壓最大值,只能達到母線電壓Vdc3^(1/2) / 2,則驅動電機的線電壓Vab VbcVca有效值Vrms = 1/(2^(1/2)) x [3^(1/2) xVdc ] / 2 ,以().(b)所示,CB-SVPWM驅動的功率模組輸出的3相線電壓最大值,可達到母線電壓Vdc,則驅動電機的線電壓Vab VbcVca有效值Vrms = Vdc / [(2^(1/2)] ,與S-SVPWM (SPWM) 相比,CB-SVPWM對母線電壓的利用率提高了15.4% 

 

由前面所推得空間向量脈寬調變之電壓向量V1 ~ V6驅動電壓值皆為2Vdc /3,而S-SVPWM (SPWM) 驅動最大線電壓Vab VbcVca等於[3^(1/2) xVdc ] / 2,則可以得到S-SVPWM (SPWM) 驅動最大相電壓Van VbnVcn Vdc / 2,另外CB-SVPWM驅動最大線電壓Vab VbcVca等於Vdc,則可以得到CB-SVPWM驅動最大相電壓Van VbnVcn Vdc / 3^(1/2),若S-SVPWM (SPWM)CB-SVPWM最大相電壓範圍,皆標示於空間向量之電壓向量分佈圖可以參考如(十一)所示,對於S-SVPWM (SPWM)CB-SVPWM相電壓波形對應產生的線電壓波形,可以參考(十二).(a)(十二).(b)所示

 

  

(十一). S-SVPWM (SPWM)CB-SVPWM最大相電壓範圍

 

 

 

(十二).(a) S-SVPWM (SPWM) A,B相電壓波形對應產生的線電壓波形圖

 

 

 

(十二).(b) CB-SVPWM A,B相電壓波形對應產生的線電壓波形圖

 

 

 

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