Векторная широтно-импульсная модуляция

Векторная широтно-импульсная модуляция (англ. Space vector modulation, SVM) — один из методов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), использующийся для управления активными трёхфазными преобразователями. При векторной модуляции вычисляются не мгновенные значения напряжений, прикладываемых к обмоткам, а моменты подключения обмоток к силовому мосту с целью формирования заданного вектора напряжения, (что и отображено в названии метода). Существуют различные способы векторной ШИМ. В частности, некоторые способы позволяют снизить потери в силовых ключах и синфазную помеху за счёт минимизации количества переключений силовых ключей за один период коммутации; другие способы позволяют улучшить гармонический состав генерируемого напряжения. Метод интенсивно развивается с 1990-х годов, благодаря развитию микроконтроллерного управления и силовых компонентов, в частности, транзисторов. Несмотря на схожесть названий, метод векторной широтно-импульсной модуляции, строго говоря, не является разновидностью векторного управления, обычно подразумевающего некоторую структуру для управления векторами тока и напряжения электродвигателей, электрогенераторов и сетевых инверторов.

ПримерПравить

Типичная структура трёхфазного моста, питаемого источником постоянного напряжения

Базовые векторы для коммутации типичного трёхфазного моста при векторной ШИМ (см. рисунок справа)

Базовый вектор	A⁺	B⁺	C⁺	A⁻	B⁻	C⁻	V_AB	V_BC	V_CA
V₀ = {000}	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВКЛ	ВКЛ	0	0	0	нулевой вектор
V₁ = {100}	ВКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВКЛ	+V_dc	0	−V_dc	активный вектор
V₂ = {110}	ВКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	0	+V_dc	−V_dc	активный вектор
V₃ = {010}	ВЫКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	−V_dc	+V_dc	0	активный вектор
V₄ = {011}	ВЫКЛ	ВКЛ	ВКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	−V_dc	0	+V_dc	активный вектор
V₅ = {001}	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	0	−V_dc	+V_dc	активный вектор
V₆ = {101}	ВКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	+V_dc	−V_dc	0	активный вектор
V₇ = {111}	ВКЛ	ВКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	ВЫКЛ	0	0	0	нулевой вектор

Примечание. +V_dc — напряжение на «+»-шине постоянного тока; -V_dc — напряжение на «-»-шине постоянного тока.

Все возможные восемь базовых векторов для трёхфазного инвертора при векторной широтно-импульсной модуляции. В качестве примера рассмотрен формируемый вектор V_ref. V_{ref_MAX} — максимальная амплитуда вектора V_ref в зоне линейной модуляции.

Генерация пространственного вектора U_a = V_ref с помощью базовых векторов

Длительность нулевого вектора влияет на амплитуду результирующего вектора

Визуализация принципа получения большего выходного напряжения в векторной ШИМ по сравнению с первоначально изобретенной синусоидальной ШИМ. На рисунке показано изменение во времени потенциалов фаз относительно потенциала минусовой шины звена постоянного тока. В синусоидальной ШИМ потенциал средней точки нагрузки составляет половину от напряжения звена постоянного тока, а в шестисекторной векторной ШИМ (наиболее распространенная) потенциал средней точки «плавает»