变频器电压空间矢量脉宽调制.doc

变频器电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制
时间:2011-10-07来源:未知编辑:电气自动化技术网点击:1071次字体设置:HYPERLINK"javascript:fontZoom(16)"大HYPERLINK"javascript:fontZoom(14)"中HYPERLINK"javascript:fontZoom(12)"小
经典的正弦脉宽调制（spwm）控制着眼于使变压HYPERLINK"http://www.dqjsw.com.cn/dianqi/bpq/"变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形如何，更未考虑HYPERLINK"http://www.diangon.com/wenku/dgjs/diandongji/"电动机中产生的旋转磁场。然而交流电动机需要输入三相正弦波的最终目的是在电动机气隙形成圆形的旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，下面的讨论将表明，磁链轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间矢量pwm（spacevectorpwm，简称svpwm）控制”。4.1电压空间矢量随时间按正弦规律变化的物理量可在复平面上用时间相量表示，而在空间呈正弦分布的物理量也可在复平面上表示为一个空间矢量。图4-1a)绘出了HYPERLINK"http://www.diangon.com/wenku/dgjs/diandongji/"异步电动机定子三相绕组接线图，图中箭头所指为相应物理量的给定正方向。在空间呈正弦分布的三相定子绕组磁动势可用空间矢量fa、fb、fc表示，见图4-1b)，它们分别座落在代表三相定子绕组轴线空间位置的a、b、c轴上，而三相绕组合成磁动势的空间矢量为图中的fs。fs=fa+fb+fc（4-1）式中，fa、fb、fc的模均在各自的绕组轴线上按正弦规律作脉动变化，时间相位分别差2π/3。它们的合成磁动势空间矢量fs则绕定子参考坐标系的原点o以同步角频率旋转。当三相定子绕组电流为对称的三相正弦电流时，fs的幅值为常数，是各相磁动势幅值的3/2倍，矢量顶端的运动轨迹是一个圆，即通称的圆形旋转磁场。

图4-1定子三相绕组及其磁动势和电压的空间矢量a)定子绕组接线图b)磁动势(电流)空间矢量c)电压空间矢量
由于每相绕组电流与磁动势存在着简单的比例关系，所以图4-1b)所示的磁动势空间矢量也可认为就是电流的空间矢量，三相合成定子电流矢量为is。is=ia+ib+ic(4-2)同理，当有三相对称正弦波相电压加于电机三相定子绕组上时，可在定子参考坐标系上定义三个定子电压空间矢量ua，ub，uc，它们的位置始终落在对应各相绕组轴线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，三相电压空间矢量之和为合成电压空间矢量us，它也是一个旋转的空间矢量，其幅值不变，是相电压值的3/2倍；并以HYPERLINK"http://www.diangon.com/wenku/rd/dianyuan/"电源角频率ω1为HYPERLINK"http://www.dqjsw.com.cn/"电气角速度作恒速旋转，如图4-1c)。当某一相电压瞬时值为最大时，us就落在该相电压空间矢量的轴线上。合成电压空间矢量表达式为us=ua+ub+uc(4-3)或把相电压的时间函数和空间相位分开写，得us=ua0(t)+ub0(t)ejγ+uc0(t)ej2γ(γ=2π/3)(4-4)4.2电压与磁链空间矢量的关系当异步电动机的三相对称定子绕组由三相平衡正弦电压供电时，对每一相都可写出一个电压平衡方程式，三相的电压平衡方程式相加，即得用合成空间矢量表示的定子电压方程式：
(4-5)
式中，ψs——定子三相磁链合成空间矢量。当电动机的转速不很低时，定子电阻压降在式（4-5）中所占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为（4-6）或（4-7）当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（一般简称为磁链圆）。这样的定子磁链旋转矢量可用式（4-8）表示。ψs≈ψmejω1t(4-8)式中，ψm是磁链ψs的幅值；ω1为其旋转角速度。由式（4-6）和式（4-8）可得(4-9)式（4-9）表明，当磁链幅值ψm一定时，us的大小与ω1（或供电电压频率f1）成正比，其方向则与磁链矢量ψs正交，即磁链圆的切线方向，如图4-2所示。当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2π弧度，其轨迹与磁链圆重合。这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢