空間ベクトル変調(SVM)は誘導モーターや永久磁石同期モーターの(永磁同步电动机)ベクトル制御の一般的な手法です。空間ベクトル変調は,インバーターのスイッチを制御するためのパルス幅変調信号を生成し,その後インバーターは目標の速度またはトルクでモーターを駆動するために必要な変調電圧を生成します。空間ベクトル変調は,空間ベクトルパルス幅変調(SVPWM)とも呼ばれます。MATLAB^®や万博1manbetx^®を使用して,空間ベクトル変調方式を実装したり,モーター制御アプリケーション向けにあらかじめ用意されたSVMライブラリを活用したりできます。

空間ベクトル変調の目的

以下の等価回路で表される 6.つのスイッチがある三相インバーターでモーター制御を行うための空間ベクトル変調の概念について考えてみましょう。8.つの有効なスイッチングパターンがあります。

各スイッチングパターンによって,モーター端子に特定の電圧が印加されます。これらの電圧は基本空間ベクトルであり,空間ベクトルの六角形でそれらの大きさと方向を表します。

基本空間ベクトル(6つの方向:U1 ~ U6)とヌルベクトル(大きさ0:得以,与)に対応するスイッチング状態を組み合わせて,空間ベクトルの六角形の任意の位置で,任意の大きさの電圧ベクトルを近似します。たとえば,パルス幅変調 (PWM) の周期ごとに、指定された期間には 2 つの隣接する空間ベクトル (図の U3 と U4) のスイッチング パターンを使用し、残りの期間にはヌルベクトル (U7 または U8) を使用して基準ベクトル ‘Uref’ が平均化されます。

スイッチングパターンとパルスのオン時間を制御することで,PWM周期ごとに大きさと方向が変化する任意の電圧ベクトルを実現できます。空間ベクトル変調方式の目的は,PWM周期ごとに基準電圧ベクトルに対応するスイッチングパターンを生成して,連続回転する空間ベクトルを実現することです。

空間ベクトル変調の動作

空間ベクトル変調方式は,連続回転する空間ベクトルを実現することを目的として,基準電圧ベクトルを操作して,PWM周期ごとにインバーターに適切なゲート信号を生成します。

SVMアルゴリズムでは,電圧ベクトルを入力基準として,PWM周期ごとに以下の動作をします。。

• 基準電圧ベクトルに基づき,オンゲートとオフゲートの時間を計算
• ゲート時間を使用して、ダブルハンプの変調波形を生成
• ゲート時間を使用して、インバータースイッチに対する適切なゲートパルスを生成

ダブルハンプをもつ生成された変調波の性質から,利用可能な直流母線電圧を最大限に活用できます。。これにより,正弦波パルス幅変調(变频调速)方式と比較して,出力される定格電圧は高くなります。

これで,生成されたゲート信号を三相インバーターのスイッチに適用して,モーターを目的の速度またはトルクで駆動できます。

PWMハードウェアサポート

ハードウェアボード(Arduino^®,覆盆子π™,TIボードなど)は変調波形を受信することでパワーインバーターを駆動するゲートパルスを生成します。

TIハードウェアでSVMを使用したベクトル制御の実装の詳細については,万博1manbetx仿真软件による永久磁石同期モーター永磁同步电动机のベクトル制御,パート3:展開(52)をご覧ください。

脉宽调制技術を使用するモーター制御アルゴリズムは通常,設計要件に応じ,数千赫オーダーのより高い周波数で実行する必要があります。ハードウェアテストの経費を確定する前に,制御アーキテクチャの正確性を早期に評価することが重要です。このような評価手法のひとつに,シミュレーション環境を使用する方法があります。たとえば,万博1manbetxでは,モデル化されたモーターに対して,制御アーキテクチャ(空間ベクトル変調などのパルス幅変調方式を含む)をシミュレーションして検証し,初期段階でエラーを修正できます。

万博1manbetx仿真软件でSVMを使用する方法については,空间矢量发生器ブロックを参照してください。

モーター制御アルゴリズムの設計方法および実装方法の詳細については,电机控制BlocksetおよびSimscape电を参照してください。