El método de vector espacial ( Space Vector Modulation en inglés) es un algoritmo utilizado para realizar la modulación de ancho de pulso (PWM). Se utiliza en inversores para producir la tensión alterna sinusoidal a partir de una tensión continua. Se utiliza principalmente para máquinas eléctricas rotativas. Uno de los objetivos del método es obtener un buen compromiso entre reducir el contenido de armónicos De la tensión producida y reducir las pérdidas de conmutación. Está íntimamente ligado a la transformación de Clarke .
Un inversor trifásico como se muestra al lado permite crear una tensión alterna trifásica, por ejemplo para alimentar un motor eléctrico, a partir de una tensión continua.
En ningún momento deben cerrarse simultáneamente dos interruptores en serie (por ejemplo, A- y A +), de lo contrario puede producirse un cortocircuito . Suponiendo que al menos uno de los interruptores en serie está siempre cerrado, obtenemos ocho estados posibles. Denotamos con un "1" el estado cuando el interruptor superior está cerrado y con un "0" el estado cuando el interruptor inferior está cerrado:
Vector | A + | B + | C + | A - | B - | C - | V AB | V aC | V CA | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
V 0 = {000} | APAGADO | APAGADO | APAGADO | NOSOTROS | NOSOTROS | NOSOTROS | 0 | 0 | 0 | vector de rueda libre |
V 1 = {100} | NOSOTROS | APAGADO | APAGADO | APAGADO | NOSOTROS | NOSOTROS | + V CC | 0 | −V cc | vector activo |
V 2 = {110} | NOSOTROS | NOSOTROS | APAGADO | APAGADO | APAGADO | NOSOTROS | 0 | + V CC | −V cc | vector activo |
V 3 = {010} | APAGADO | NOSOTROS | APAGADO | NOSOTROS | APAGADO | NOSOTROS | −V cc | + V CC | 0 | vector activo |
V 4 = {011} | APAGADO | NOSOTROS | NOSOTROS | NOSOTROS | APAGADO | APAGADO | −V cc | 0 | + V CC | vector activo |
V 5 = {001} | APAGADO | APAGADO | NOSOTROS | NOSOTROS | NOSOTROS | APAGADO | 0 | −V cc | + V CC | vector activo |
V 6 = {101} | NOSOTROS | APAGADO | NOSOTROS | APAGADO | NOSOTROS | APAGADO | + V CC | −V cc | 0 | vector activo |
V 7 = {111} | NOSOTROS | NOSOTROS | NOSOTROS | APAGADO | APAGADO | APAGADO | 0 | 0 | 0 | vector de rueda libre |
Se observa que al pasar periódicamente por los estados de V 1 a V 6 , las tres fases obtenidas se separan en un ángulo de 120 °, como en un sistema trifásico. Sin embargo, esta simple sucesión de estados no permite tener una forma de onda sinusoidal satisfactoria.
La tensión alterna producida por el inversor se utiliza para alimentar una máquina giratoria y para determinar su flujo.
La modulación de longitud de onda permite producir cualquier vector U a (ver al lado) aplicando alternativamente los voltajes cercanos (aquí U 1 y U 2 ). Dado que los devanados del estator de la máquina giratoria son altamente inductivos, la corriente se suaviza. Por tanto, la máquina se comporta como si realmente recibiera la tensión U a .
La lógica del algoritmo comienza determinando en cuál de los seis sectores está el voltaje deseado para seleccionar qué dos voltajes usar. La duración de la aplicación de cada una de las tensiones permite ajustar con precisión el ángulo de la tensión resultante.
Para tener un voltaje sinusoidal de frecuencia f, el voltaje deseado gira en la referencia a la misma frecuencia.
Ajuste de amplitudUtilizando solo los estados que van de U 1 a U 6 , se obtiene una tensión máxima resultante. Para reducir la amplitud, que es deseable para controlar una máquina giratoria , se insertan pasos a través de los vectores de rueda libre, U 0 o U 7 , en la secuencia de conmutaciones. En el ejemplo opuesto, el tiempo pasado en el estado U 1 en relación con el pasado en el estado U 2 es constante cualquiera que sea la amplitud. Esta relación regula el ángulo. El paso más o menos largo a través del vector de rueda libre permite reducir la amplitud. Por lo tanto, un período de conmutación alterna tres estados: dos vectores activos y un vector de rueda libre.
Para mejorar la forma del voltaje resultante, es posible aplicar el vector de rueda libre dos veces en lugar de una vez durante un período, antes y después de cada paso a través de un vector activo. La duración total de su aplicación sigue siendo la misma.
Para tener un voltaje de forma sinusoidal, el voltaje resultante debe permanecer dentro del círculo de radio dibujado. Sin embargo, de manera transitoria, es posible salir de él, yendo a las curvas, para producir un momento significativo en el motor. Estamos hablando de sobremodulación. Por lo tanto, la tensión ya no es sinusoidal, tiene un contenido armónico significativo que conduce a mayores pérdidas.
Más recientemente, ha aparecido la SVM optimizada, cuyo principio ya no es considerar los sectores de SVM como de tamaño igual y constante, sino como variables. A continuación, se utilizan métodos de optimización para elegir el tamaño de los sectores. La optimización se hace convencionalmente para minimizar el WTHD , que tiene la ventaja de no depender de la carga considerada.
Es posible demostrar que la SVM clásica se puede reducir a una PWM intersectiva inyectando armónicos en el modulante (o agregando una tensión de modo común) a la tensión de referencia. el voltaje de modo común que se añade a continuación, es igual a: .
Con V ref , el vector de voltaje de referencia observó: .
Por lo tanto, el modulante que se va a comparar con el portador triangular se convierte en:
.
Las notaciones utilizadas son las siguientes:
- Tensión de bus.
- Voltaje de modo común.
- índice de modulación.
- pulsación de referencia.
El método necesita un voltaje de referencia muestreado a una frecuencia f s (T s = 1 / f s ). El uso de la transformada de Clarke permite obtener una única tensión de referencia de un sistema trifásico.
También existe un método de vector espacial 3D. Se utiliza para controlar inversores con cuatro ramas. El vector ya no se representa en un hexágono sino en un prisma tridimensional, como un prisma hexagonal si usamos la transformada de Clarke o un dodecaedro en caso contrario.
El método se utiliza para controlar inversores conectados a máquinas eléctricas de corriente continua asíncronas , síncronas o sin escobillas . A menudo se usa en combinación con un control vectorial para producir el punto de ajuste de voltaje.