基于 Simulink 的三相两电平逆变器的空间矢量调制 的研究与仿真 刘百芬，刘海峰，胡晓燕 (华东交通大学 电气与电子工程学院江西 南昌 330013) 摘 要：提出了三相两电平逆变器的空间矢量调制方法，详细讨论了两 电 平逆变器的工作原理及空间矢量调制的基本原理，并给出一个具体的仿真实例， 通过仿真 ，可以得出实际运行中的电压、电流的波形，而且在文中给出了实例 的电路原理图，使得对 于空间矢量调制的原理得以更加清楚的认识。 关键词：逆变器；空间矢量调制；仿真；波形 Research and Simulation of Space Vector Modulation of Threephase Twolevel Inverter Based on Simulink LIU Baifen，LIU Haifeng，HU Xiaoyan (Electrical and Electronic Engineering School, East China Jia otong University,Nanchang，330013，China) Abstract：This paper presents the method of space vector modu lation in threephase twolevel inverter It also discusses in de tail on the primary principle of threephase twolevel inverter an d space vector modulation, and a simulation example is given in the end，Through simulation, we can draw the actual waveform of the voltage and current, and p rovid circuit principle diagram of instance in the article, it gives us a clear understanding to space vector modulation Keywords：inverter；space vector modulation；simulation;wavef orm Simulink 是 Matlab 提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包，他让用 户把精力从编程 转向模型的构造。其最大优点就是为用户省去了许多重复的代 码编写工作，用户不必一步地从最底层进行编写。这样使得用户有一个很好的开 发环境 ，以最轻松、最有效的方式完成他们感兴趣的工作。空间矢量调制方法 在工业中有着极为重 要的作用，对工业生产有重要的意义。目前，美国的 GE 公司和日本的东芝公司都有利用 这种技术的相关产品的开发与研究，但是这方 面的技术还不够完善，所以本文通过使用 Simu link 仿真来研究三相两电平逆变 器的空间矢量调制。 1 两电平逆变器简介 两电平逆变器的主要功能是把一个固定的直流电压转化成幅值和频率都可 调的交流电压。这 个逆变器通常用 6 个 IGBT 管和 6 个二极管构成，电路如图 1 所示。 

这里的功率管也可以用 IGCT 来代替。如果想得到更高的电压，可以用几个 d 设 为无穷大，这样可以保证直 相同功率管串联起 来实现。这里的电容 C 流电压的稳定。在实际应用中， 同一个桥臂上的上下两个功率管是轮流导通的， 也就是互补的，在他们的触发过程中 ，要求触发时间尽量短，以免在换相时同 一桥臂上的两个管子同时导通而烧坏。在实际应 用中，上下两个管子的导通角 度要留有一定的导通余量，这个余量一般为 10°左右。这里所 说的两电平既不 是指相电压，也不是指线电压，而是指三相 A,B,C 与 N 点间的电压。 2 空间矢量调制基本原理 空间矢量调制技术是一种实时调制技术，他在电压源逆变器的数字控制中有 着广泛而重要的 应用。在空间矢量调制中，一个参考电压矢量在空间上是旋转 的，他的幅值和旋转速度都是 可调的。参考矢量通常被近似的看作是代表逆变 器开关状态的静止的空间矢量。这样，当逆 变器的输出频率和参考矢量的旋转 速度一致的时候，逆变器的输出电压就由参考矢量的电压 来控制，这就是空间 矢量调制对于两电平逆变器的工作原理。 

图 1 中的 IGBT 假设为理想的开关，他们的开关状态如表 1 所示。这里 P 代 d， 用 O 表在一个桥臂的上 面的开关管是导通的，逆变器的桥臂电压为+V 代表下面的管子是导通的，这样 逆变器的桥臂上的电压就是 0。 由表 1 可知，逆变器共有 8 个开关状态，这 8 个状态的空间矢量图如图 2 所示。 他的旋转速度为ω。在绘制此图 时，把三相电压如何转化为二维空间矢量图呢？用下面 这个公式可以解决这个 问题： 上式中，常数 2/3 有时是有选择性的，这个常数常用的有 2/3 和 使用 2/3 的优点是在使用上式转化后，两相电压的幅值和三相电压的幅值是相等的， 一个空间电压矢量一般可以用两相电压来表示，如下式： 通过上面公式的转化，就可以把三相电压转化为两相 3 实例仿真 由于空间矢量调制在电源逆变器的数字控制中有着相当广泛的应用。下面给 出一个实例，这是为某厂研究设计的对电动机进行空间矢量调制的实际电路，现 已投入运行，接下来给出仿真的参数以及仿真的电路图和结果。 在仿真中有几个重要的参数，基波频率 f1 设计为工频 50Hz；逆变器的开关 频率 fsw 设计为 900 Hz；采样时间 Ts 为 1.11 ms；还有很重要的调制比 mα，在 这里取为 0.9，mα= 仿真时间为 4 个周期，电动机的线电压为 4 160 V， 三相功率为 1 MVA。实际仿真电路如图 3 所示，在此图中，SVM 为设计的一个产 生逆变器脉冲的子系统，DC 为一直流电源，逆变桥采用理想的逆变桥，负载是 电动机，在这里采用阻感性负载代替他，SVM 子系统的内部原理图如图 4 所示。 图 5 所示为产生脉冲的 6 个分区的 6 段显示，他为一阶梯形波；图 6 给出的是在 实际电路运行时所产生的电流 IA,相电压 VAN,线电压 VAB 的波形图，与仿真所产生 的波形基本相同。 



以上就是仿真电路及实际系统仿真产生的结果，通过对该电路的仿真及实际 运行，很容易理 解空间矢量调制的原理，由于在仿真过程中，仍然有部分低次 谐波存在，导致波形有所失真 。 4 结语 从仿真的结果可以看出，空间矢量调制在逆变器中是很重要的，他的最大优 点是可以很容易 地对输出的幅值及频率进行控制，进而控制电动机，而且实现 很容易，控制灵活、方便，随 着这种技术的不断完善，他必将在逆变器和电动 机调速系统中得到更广泛的应用。 参考文献 ［1］郑智琴.Simulink 电子通信仿真与应用［M］.北京：国防工业出版 社，2002. ［2］Mohan N,Undeland T M，Robbins W P.Power Electronics：Converters,A pplications and Design［M］.(3rd Edition), John Wiley & Sons,2003. 现代电子技术