運控系統(tǒng) 第4章第2講 重要更新

1、1運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第第2 2篇篇 交流調速系統(tǒng)交流調速系統(tǒng)第第2 2講講電壓空間矢量電壓空間矢量SVPWM控制技術控制技術24.2 4.2 交流交流PWM變頻技術變頻技術4.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術 P153P153 序序 前述正弦前述正弦SVPWM控制方式，追求的目標是使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦控制方式，追求的目標是使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波形，未考慮輸出電流的實際波形；電流跟蹤波形，未考慮輸出電流的實際波形；電流跟蹤CFPWM控制方式使輸出電流接近正弦控制方式使輸出電流接近正弦波形，但電流是在目標正弦

2、波曲線上下波動變化。波形，但電流是在目標正弦波曲線上下波動變化。 為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標應是在電動機氣隙空間形成為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標應是在電動機氣隙空間形成“正圓形正圓形”的旋轉的旋轉磁場，具備恒定電磁轉矩的運行狀態(tài)。磁場，具備恒定電磁轉矩的運行狀態(tài)。 電機的電機的“旋轉磁場運動軌跡曲線旋轉磁場運動軌跡曲線”：定子磁場的磁鏈矢量繞空間軸旋轉，矢量終端：定子磁場的磁鏈矢量繞空間軸旋轉，矢量終端在空間的軌跡曲線的形狀表征旋轉磁場是否平穩(wěn)，即是否成在空間的軌跡曲線的形狀表征旋轉磁場是否平穩(wěn)，即是否成“正圓正圓”。如果非正圓，。如果非正圓，說明磁鏈的大小在一周有波動，電磁轉矩不平

3、穩(wěn)。說明磁鏈的大小在一周有波動，電磁轉矩不平穩(wěn)。 把逆變器和交流電動機視為一體，按照跟蹤圓形旋把逆變器和交流電動機視為一體，按照跟蹤圓形旋轉磁場來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作轉磁場來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈磁鏈跟蹤控制跟蹤控制”，磁鏈的軌跡是順次使用不同的電壓空間矢，磁鏈的軌跡是順次使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱量得到的，所以又稱“電壓空間矢量電壓空間矢量SVPWM控制控制”。34.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術 P153P1531.1.定子相電壓空間矢量的定義定子相電壓空間矢量的定義 交流電動機繞組的各相

4、相電壓量是隨時間變化的正弦量，把它們定義成矢交流電動機繞組的各相相電壓量是隨時間變化的正弦量，把它們定義成矢量，并與電機繞組的空間位置結合起來，放在空間位置坐標系中來分析矢量量，并與電機繞組的空間位置結合起來，放在空間位置坐標系中來分析矢量在空間的運動在空間的運動( (取轉子軸線法平面建立坐標系取轉子軸線法平面建立坐標系) )，叫，叫“空間矢量分析法空間矢量分析法”。 B0Cm1m1m0A01 (120cos()cos(12“” 0 )cos(24UtUtUuutu o的的定定義義：設設三三個個正正弦弦相相電電壓壓為為三三個個空空間間矢矢量量：、 這這三三個個電電壓壓空空間間矢矢量量的的模模和

5、和角角定定義義如如下下：大大小小) )：隨隨時時間間正正弦弦規(guī)規(guī)律律變變化化，時時間間相相位位彼彼此此相相差差 三三個個模模：定定子子相相電電壓壓、空空間間矢矢量量模模A0m021cos() 0 ) 120jjjeeeuUt o ( (方方向向) )：方方向向線線固固定定在在各各相相繞繞組組的的軸軸線線上上，空空間間位位置置彼彼此此相相 差差三三個個空空間間角角度度：用用常常量量復復指指數數表表示示角角度度：、 即即：角角B0m12C01m cos(2/ 3) cos(4/ 3) jjuUteuUte 其其中中是是三三相相電電壓壓的的角角頻頻率率44.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢

6、量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術 P153P153“合成電壓空間矢量合成電壓空間矢量”的定義：的定義： 三相定子電壓空間矢量三相定子電壓空間矢量uAO、uBO、uCO相加得相加得到的合成矢量到的合成矢量us是一個隨時間旋轉的空間矢量，是一個隨時間旋轉的空間矢量， 其轉速其轉速= =電源角頻率電源角頻率1 1。 其幅值固定不變，是相電壓幅值的其幅值固定不變，是相電壓幅值的3/23/2倍。倍。 us可用下面數學推導獲得：可用下面數學推導獲得：11sA0B0C02m1m1m1 ss m1m124 cos()cos()cos()33 12 32032 jjjtjtuuuu=UtUteUt

7、eUetUutue o 當當定定子子接接入入三三相相平平衡衡正正弦弦電電源源時時，可可以以寫寫作作：其其中中電電源源角角頻頻率率， 合合成成矢矢量量的的模模：恒恒值值常常量量 合合成成矢矢量量的的空空間間角角度度：隨隨時時間間 繞繞轉轉子子軸軸線線在在空空間間旋旋轉轉。 當當某某一一相相電電壓壓為為最最大大值值時時，合合成成矢矢量量落落在在該該相相軸軸線線上上。54.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術2.2.電壓與磁鏈空間矢量的關系電壓與磁鏈空間矢量的關系 P154P154 與定子電壓空間矢量相仿，可以定義定子電流和磁鏈的合成空間矢量與定子

8、電壓空間矢量相仿，可以定義定子電流和磁鏈的合成空間矢量Is和和s 。 當電動機轉速不是很低時，定子電阻壓降在上式中所占的成分很小，可忽略不計，當電動機轉速不是很低時，定子電阻壓降在上式中所占的成分很小，可忽略不計，則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關系為則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關系為 合成合成磁鏈空間磁鏈空間矢量端點的運動矢量端點的運動軌跡：軌跡：當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子合成磁鏈矢量的幅值恒定，在空間繞轉子軸線恒速旋轉，其端點的運動軌跡呈圓定子合成磁鏈矢量的幅值恒定，在空間繞轉子軸線恒速旋轉，其端點的運動軌跡呈圓形形

9、( (一般簡稱為一般簡稱為“磁鏈圓磁鏈圓”) )。這樣的定子磁鏈合成旋轉矢量可用下式表示：。這樣的定子磁鏈合成旋轉矢量可用下式表示： ssssssss dduR I d uItdt 其其中中：定定子子三三相相電電壓壓合合成成空空間間矢矢量量；：定定子子三三相相電電流流合合成成空空間間矢矢量量；：定定子子三三相相磁磁鏈鏈合合成成空空間間矢矢量量。ss1111ms1j()jj2sm1m1mjm1sd(e)jee()edttttutu 其其中中是是磁磁鏈鏈合合成成矢矢量量的的幅幅值值，為為其其旋旋轉轉角角速速度度代代入入電電壓壓方方程程：上上式式表表明明，當當磁磁鏈鏈幅幅值值一一定定時時， 的的大大

10、小小與與電電源源電電壓壓角角頻頻率率 成成正正比比，其其方方向向則則與與磁磁鏈鏈矢矢量量正正交交，即即磁磁鏈鏈圓圓的的切切線線方方向向。64.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術電壓與磁鏈空間矢量的關系電壓與磁鏈空間矢量的關系( (續(xù)續(xù)) P154) P154 合成磁鏈空間矢量與合成電壓空間矢量合成磁鏈空間矢量與合成電壓空間矢量( (兩個旋轉矢量兩個旋轉矢量) )端點運動端點運動軌跡的關系軌跡的關系: : 如下左圖所示，當如下左圖所示，當合成合成磁鏈磁鏈空間空間矢量在空間旋轉一周時，矢量在空間旋轉一周時，合成合成電壓電壓空間空間矢量也連矢量也

11、連續(xù)地按續(xù)地按合成合成磁鏈磁鏈空間矢量空間矢量端點軌跡圓的切線方向運動一周。把端點軌跡圓的切線方向運動一周。把合成合成電壓電壓空間空間矢量的參矢量的參考點重合放在一起，則電壓考點重合放在一起，則電壓空間空間矢量端點的運動軌跡也是一個園。矢量端點的運動軌跡也是一個園。 這樣，電動機旋轉磁場的軌跡問題就可以轉化為電壓空間矢量的運動軌跡問題。這樣，電動機旋轉磁場的軌跡問題就可以轉化為電壓空間矢量的運動軌跡問題。 74.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術3.3.三相三相PWMPWM逆變器的基本輸出電壓矢量逆變器的基本輸出電壓矢量 P155P155

12、常規(guī)的常規(guī)的6 6開關的開關的PWMPWM變壓變頻器，如果采用變壓變頻器，如果采用180180導通型，任何時刻總是有三只開關管導通，輸出六拍導通型，任何時刻總是有三只開關管導通，輸出六拍階梯波的三相逆變交流電。每一拍的合成電壓空間矢階梯波的三相逆變交流電。每一拍的合成電壓空間矢量叫量叫“基本輸出電壓矢量基本輸出電壓矢量un”。加上三只上管同時導。加上三只上管同時導通和三只下管同時導通的兩個無效狀態(tài)通和三只下管同時導通的兩個無效狀態(tài)( (逆變器沒有逆變器沒有輸出輸出) )，共計有，共計有8 8個開關狀態(tài)如下表所示。個開關狀態(tài)如下表所示。 對于六拍階梯波的逆變器，在其輸出的每個周期對于六拍階梯波的

13、逆變器，在其輸出的每個周期中中6 6種有效的工作狀態(tài)各出現一次。逆變器每隔種有效的工作狀態(tài)各出現一次。逆變器每隔 /3/3時刻就切換一次工作狀態(tài)時刻就切換一次工作狀態(tài)( (即換相即換相) )，而，而在這在這 /3/3時段時段內則保持輸出不變內則保持輸出不變。 84.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術4.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場 P156P156 輸出六拍階梯波的輸出六拍階梯波的6 6開關的開關的PWMPWM變壓變頻器在電變壓變頻器在電機中形成的旋轉磁場機中形成的旋轉磁場非正圓非正圓，分析如下：，分析如下：工作狀態(tài)工作狀態(tài)

14、100100的合成電壓空間矢量的合成電壓空間矢量 設工作周期從代碼設工作周期從代碼100100狀態(tài)開始，這時狀態(tài)開始，這時VTVT6 6、VTVT1 1、VTVT2 2導通，其等效電路如圖所示。各相對直流電源中導通，其等效電路如圖所示。各相對直流電源中點點OO的電壓都是幅值為的電壓都是幅值為 UAOAO= =Ud d/2/2，UBOBO= =UCOCO=-=-Ud d/2/2 設三個對設三個對OO點的電壓合成空間矢量為點的電壓合成空間矢量為u1 1，其幅值，其幅值等于等于Ud d，空間方向沿，空間方向沿A A軸軸( (即即X X軸軸) )。94.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場(

15、(續(xù)續(xù)) P157) P157工作狀態(tài)工作狀態(tài)110110的合成電壓空間矢量的合成電壓空間矢量 這時這時VTVT1 1、VTVT2 2、VTVT3 3導通，其等效電路如圖所示。導通，其等效電路如圖所示。各相對直流電源中點各相對直流電源中點OO的電壓都是幅值為的電壓都是幅值為 UAOAO= =UBOBO= =Ud d/2/2，UCOCO=-=-Ud d/2/2 三個對三個對OO點的電壓合成空間矢量點的電壓合成空間矢量u2 2，其幅值等于，其幅值等于Ud，空間方向，空間方向6060104.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157 依此類推，隨著變頻器依此類推，

16、隨著變頻器6 6個工作狀態(tài)的切換，電個工作狀態(tài)的切換，電壓空間矢量的幅值不變，而相位每次旋轉壓空間矢量的幅值不變，而相位每次旋轉 /3/3，直，直到一個周期結束。這樣，在一個周期中共有到一個周期結束。這樣，在一個周期中共有6 6個方個方向和大小均固定的基本電壓空間矢量依次作用，在向和大小均固定的基本電壓空間矢量依次作用，在空間形成一個封閉的正六邊形，如右圖藍色的空間形成一個封閉的正六邊形，如右圖藍色的6 6個個首尾相接的矢量所示。若把它們的起點重合在一點，首尾相接的矢量所示。若把它們的起點重合在一點，則則6 6個矢量呈六向放射狀如右圖紅色的個矢量呈六向放射狀如右圖紅色的6 6個矢量。個矢量。兩

17、種電源在電機中形成旋轉磁場的區(qū)別兩種電源在電機中形成旋轉磁場的區(qū)別： 平衡三相正弦電源平衡三相正弦電源：三相正弦電壓空間矢量是方三相正弦電壓空間矢量是方向線固定而幅值隨時間的正弦規(guī)律連續(xù)變化形成旋向線固定而幅值隨時間的正弦規(guī)律連續(xù)變化形成旋轉磁場，合成磁鏈空間矢量軌跡是正圓形的。轉磁場，合成磁鏈空間矢量軌跡是正圓形的。 6 6開關變頻器六拍三相電源開關變頻器六拍三相電源：在電機中由方向和在電機中由方向和大小均恒定的大小均恒定的6 6個基本電壓空間矢量順次作用形成個基本電壓空間矢量順次作用形成旋轉磁場，合成磁鏈空間矢量是正六邊形的。即：旋轉磁場，合成磁鏈空間矢量是正六邊形的。即：在在6 6個個

18、/3/3區(qū)間的每個區(qū)間內，合成電壓空間矢量區(qū)間的每個區(qū)間內，合成電壓空間矢量方方向固定，大小向固定，大小= =Ud d。114.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157 由六個基本電壓空間矢量依次作用所形成的正六邊形由六個基本電壓空間矢量依次作用所形成的正六邊形軌跡也可以看作是異步電動機定子磁鏈矢量的運動軌跡。軌跡也可以看作是異步電動機定子磁鏈矢量的運動軌跡。進一步說明如下：進一步說明如下： 這樣在這樣在 /3/3的的時間時間 t t內結束時得到如圖所示的新的磁鏈內結束時得到如圖所示的新的磁鏈 2 2。依此類推，可得依此類推，可得6 6個磁個磁鏈空間矢量鏈

19、空間矢量 n n ，把它們的起點放在，把它們的起點放在O O點，其端點的運動軌跡就是點，其端點的運動軌跡就是6 6個電壓空間矢量個電壓空間矢量所圍成的所圍成的非圓正六邊形非圓正六邊形。即。即旋轉磁場是旋轉磁場是6 6脈動的脈動的。6ssdd ut狀狀態(tài)態(tài)變變頻頻器器的的電電壓壓空空間間矢矢量量與與磁磁鏈鏈矢矢量量的的關關系系：依依據據電電磁磁感感應應定定律律：1111331111112111dd ()u/u t/tu|u | = utu 設設在在變變頻頻器器工工作作開開始始時時電電動動機機上上施施加加的的電電壓壓空空間間矢矢量量為為 ，定定子子磁磁鏈鏈空空間間矢矢量量為為。在在第第一一個個期期

20、間間內內，按按照照上上式式可可以以寫寫成成：也也就就是是說說，在在期期間間所所對對應應的的時時間間內內，施施加加恒恒定定電電壓壓 的的結結果果是是使使定定子子磁磁鏈鏈產產生生一一個個增增量量，其其幅幅值值變變化化與與成成正正比比，方方向向與與一一致致，而而：注注意意是是矢矢量量運運算算 124.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157如果如果u1的作用時間的作用時間 t小于小于 /3/3，則，則 1 1的幅值也按比例隨的幅值也按比例隨 t的的減小而減小，如圖中的矢量減小而減小，如圖中的矢量 。 可見，在任何時刻，所產生的磁鏈增量可見，在任何時刻，所產生的磁

21、鏈增量 的方向決的方向決定于所施加的電壓，其幅值則正比于施加電壓的時間。定于所施加的電壓，其幅值則正比于施加電壓的時間。 可以得到的可以得到的結論結論: : 如果交流電動機僅由常規(guī)的六拍階梯波逆變器供電，如果交流電動機僅由常規(guī)的六拍階梯波逆變器供電，磁鏈軌跡便是六邊形的旋轉磁場，這顯然不如由正弦波磁鏈軌跡便是六邊形的旋轉磁場，這顯然不如由正弦波供電時所產生的恒定正圓形旋轉磁場那樣能使電動機獲供電時所產生的恒定正圓形旋轉磁場那樣能使電動機獲得均勻穩(wěn)定的運行性能。得均勻穩(wěn)定的運行性能。 如果想獲得更多邊的多邊形去逼近圓形的旋轉磁場，如果想獲得更多邊的多邊形去逼近圓形的旋轉磁場，就必須在每一個期間內

22、增加切換次數，使有更多個工作就必須在每一個期間內增加切換次數，使有更多個工作狀態(tài)，以形成更多的相位不同的電壓空間矢量。為此，狀態(tài)，以形成更多的相位不同的電壓空間矢量。為此，必須對逆變器的控制模式進行改造：如三段逼近法，比必須對逆變器的控制模式進行改造：如三段逼近法，比較判斷法等，下面介紹較判斷法等，下面介紹“基本電壓矢量線性組合基本電壓矢量線性組合”的方的方法。法。134.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157用用6 6個個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場 為了討論方便起見，可把逆變器的一個

23、工作周期用為了討論方便起見，可把逆變器的一個工作周期用6個電壓空間矢量個電壓空間矢量劃分成劃分成6個區(qū)域，稱為個區(qū)域，稱為扇區(qū)扇區(qū)(Sector)，如圖所示的，如圖所示的、，每個，每個扇區(qū)對應的時間均為扇區(qū)對應的時間均為 /3/3。 由于逆變器在各扇區(qū)的工作狀態(tài)都是對稱的，分析一個扇區(qū)的方法由于逆變器在各扇區(qū)的工作狀態(tài)都是對稱的，分析一個扇區(qū)的方法可以推廣到其他扇區(qū)。可以推廣到其他扇區(qū)。 144.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157用用6 6個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場( (續(xù)續(xù))

24、 ) 在常規(guī)六拍逆變器中每個扇區(qū)僅包含在常規(guī)六拍逆變器中每個扇區(qū)僅包含兩個兩個開關開關工作狀態(tài)工作狀態(tài)( (兩個基本電壓空間矢量兩個基本電壓空間矢量) )。 把每一扇區(qū)再均分成若干個對應于時間把每一扇區(qū)再均分成若干個對應于時間T0的小區(qū)間，插入這兩個開關工作狀態(tài)的的小區(qū)間，插入這兩個開關工作狀態(tài)的若干個線性組合的新電壓空間矢量若干個線性組合的新電壓空間矢量us，以獲得優(yōu)于正六邊形的多邊形，以獲得優(yōu)于正六邊形的多邊形( (逼近圓形逼近圓形) )旋轉旋轉磁場磁場。在每個。在每個T0的小區(qū)間內，分別讓的小區(qū)間內，分別讓u1作用時間作用時間= =t1，讓，讓u2作用作用時間作用作用時間= =t2 (

25、(非嚴格同非嚴格同時作用的合成時作用的合成) )。 如圖表示由電壓空間矢量如圖表示由電壓空間矢量u1和和u2的線性組合構成新的電壓矢量的線性組合構成新的電壓矢量us。磁鏈增量由圖中磁鏈增量由圖中的的 1111， 1212， 1313， 1414這這4 4段組成。段組成。在每一段在每一段T0的換相周期內，用兩個矢量之和的換相周期內，用兩個矢量之和( (u1+ +u2) )表示由兩個矢量線性組合后的電壓矢量表示由兩個矢量線性組合后的電壓矢量us，新矢量的相位為，新矢量的相位為 。154.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157用用6 6個基本電壓矢量的線性組合

26、方法獲得逼近圓形的旋轉磁場個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) ) 在一個在一個T0 0周期內，設周期內，設u1 1和和u2 2的作用時間分別是的作用時間分別是t1 1和和t2 2。由圖可以看出：。由圖可以看出： 12123s12dd000012ddd00122ddd000ss12 (cossin)33 (cos)(sin)33 cossin jtttt uuuU +U eTTTTttU +UjUTTtttU +UjUTTTuj uuu 把把相相電電壓壓和和的的時時間間函函數數和和空空間間相相位位分分開開寫寫。 ：12d12s0/ 3(Euler)uuUuuu 和和的

27、的時時間間函函數數都都為為常常量量, , 的的空空間間相相位位角角= ,= ,的的空空間間相相位位角角= =依依據據歐歐拉拉公公式式: :把把指指數數形形式式的的復復數數寫寫成成三三角角形形式式的的復復數數再再改改寫寫成成復復數數的的代代數數形形式式(a+jb)(a+jb)用用圖圖中中的的 描描述述 ： ： 合合成成矢矢量量 ( (三三角角：形形式式的的復復數數) )164.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157用用6 6個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) ) 122dddss

28、000122ddsds00012s012d(cos)(sin)cossin 33 (cos)cos (sin)sin331 (cossin ) 3tttU +UjUuj uTTTtttU +UuUuTTTttu TuttU 由由兩兩個個復復數數等等式式： 令令實實部部和和虛虛部部分分別別相相等等得得：聯聯立立兩兩個個方方程程解解得得兩兩個個時時間間參參數數 和和 用用 表表示示和和的的計計：和和算算式式s0s0dd00001200120782sinsin3sin3 1. / 32 3. 4()()Tu TUUTTTTt + tTTt + ttuu 計計算算參參數數的的確確定定：在在的的期期間間

29、內內均均分分為為多多少少個個小小周周期期，由由設設計計者者確確定定。小小周周期期越越多多旋旋轉轉磁磁場場越越逼逼近近圓圓形形，但但受受開開關關器器件件的的性性能能限限制制。 . .的的時時長長由由旋旋轉轉磁磁場場所所需需的的頻頻率率決決定定( (轉轉速速給給定定值值) )。對對應應換換相相周周期期。 . .一一般般說說來來，則則 的的空空缺缺時時段段用用零零矢矢量量或或填填補補。174.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157用用6 6個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) ) (1

30、) (1)零矢量集中的實現方法。零矢量集中的實現方法。 P160P160 實現方法實現方法1:1: 將兩個基本電壓矢量將兩個基本電壓矢量u1和和u2的作用時間的作用時間t1、t2平分為二，安放在開關周期平分為二，安放在開關周期T0的首、尾，的首、尾，將零矢量的作用時間放在中間，按開關損耗小的原則將零矢量的作用時間放在中間，按開關損耗小的原則中間中間零矢量取零矢量取u7(111)(111)。184.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157用用6 6個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場( (續(xù)續(xù))

31、 ) (1) (1)零矢量集中的實現方法。零矢量集中的實現方法。 P160P160 實現方法實現方法2:2: 將兩個基本電壓矢量將兩個基本電壓矢量u1和和u2的作用時間的作用時間t1、t2平分為二，安放在開關周期平分為二，安放在開關周期T0的首、尾，的首、尾，將零矢量的作用時間放在中間，按開關損耗小的原則將零矢量的作用時間放在中間，按開關損耗小的原則中間中間零矢量取零矢量取u8(000)(000)。194.4.正正六邊形空間六邊形空間旋轉磁場旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) P157) P157用用6 6個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場(

32、 (續(xù)續(xù)) ) (2) (2)零矢量分布的實現方法。零矢量分布的實現方法。 P169P169 將零矢量平均分成四份，在開關周期將零矢量平均分成四份，在開關周期T0首、尾各放一份，中間放兩份。再將兩首、尾各放一份，中間放兩份。再將兩個基本電壓矢量個基本電壓矢量u1和和u2將的作用時間將的作用時間t1、t2平分為二，插在零矢量之間。按開關損平分為二，插在零矢量之間。按開關損耗小的原則，首、尾兩個零矢量取耗小的原則，首、尾兩個零矢量取u8(000)(000)，中間兩個，中間兩個零矢量取零矢量取u7(111)(111)。204.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控

33、制技術控制技術用用6 6個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場個基本電壓矢量的線性組合方法獲得逼近圓形的旋轉磁場( (續(xù)續(xù)) ) 如圖例：將如圖例：將/3/3的定子磁鏈矢量軌跡等分成的定子磁鏈矢量軌跡等分成N等分等分( (如如N=4)=4)，每個小區(qū)間的時間，每個小區(qū)間的時間T0 0=/(3=/(31 1N)N)，定子磁鏈矢量軌跡為正定子磁鏈矢量軌跡為正6 6N(這里為這里為24)多邊形。多邊形。 比起正比起正6邊形的磁鏈矢量軌跡諧波分量小，轉矩邊形的磁鏈矢量軌跡諧波分量小，轉矩波動也小。波動也小。 這種按照跟蹤圓形旋轉磁場這種按照跟蹤圓形旋轉磁場控制逆變器的工作方法叫控制逆變器的

34、工作方法叫“磁磁鏈跟蹤控制鏈跟蹤控制”，磁鏈的軌跡是，磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量交替使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱得到的，所以又稱“電壓空間電壓空間矢量矢量SVPWM控制控制”。214.2.4 4.2.4 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM( (SVPWM) )控制技術控制技術( (續(xù)續(xù)) )SVPWM控制模式特點小結：控制模式特點小結： 逆變器的一個工作周期分成逆變器的一個工作周期分成6個扇區(qū)，每個扇區(qū)相當于常規(guī)六拍逆變器的個扇區(qū)，每個扇區(qū)相當于常規(guī)六拍逆變器的一拍。為了使電動機旋轉磁場逼近圓形，每個扇區(qū)再分成若干個小區(qū)間一拍。為了使電動機旋轉磁場逼近圓形，每個扇區(qū)再分成若干

35、個小區(qū)間T0，T0越短，旋轉磁場越接近圓形，但越短，旋轉磁場越接近圓形，但T0的縮短受到功率開關器件允許開關頻率的縮短受到功率開關器件允許開關頻率的制約。的制約。 在每個小區(qū)間在每個小區(qū)間T0內雖有多次開關狀態(tài)的切換，但每次切換都只涉及一個內雖有多次開關狀態(tài)的切換，但每次切換都只涉及一個功率開關器件，因而開關損耗較小。功率開關器件，因而開關損耗較小。 利用電壓空間矢量直接生成三相利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計算簡便。波，計算簡便。 采用采用SVPWM控制時，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側電壓，這控制時，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側電壓，這比一般的正弦比一般的正弦SPWM逆變

36、器輸出電壓提高了逆變器輸出電壓提高了15%。22 作作 業(yè)業(yè) 1.1.交流調速技術中，交流調速技術中，正弦正弦SVPWM控制技術和電流跟蹤控制技術和電流跟蹤CFPWM 控制技術控制技術的特點是什么？的特點是什么？ 2.2.為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標是在電動機氣隙空間形什么樣的旋為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標是在電動機氣隙空間形什么樣的旋轉磁場？轉磁場？ 3. 解釋解釋“磁鏈跟蹤控制技術磁鏈跟蹤控制技術”。它與。它與“電壓空間矢量電壓空間矢量SVPWM控制技術控制技術”有何關系？有何關系？ 4.4.三相交流電機的正弦定子電壓空間矢量三相交流電機的正弦定子電壓空間矢量uA0、uB0、uC0

37、的方向和大小如何的方向和大小如何變化？這三個正弦矢量在空間和時間上相位相差角度各是多少？變化？這三個正弦矢量在空間和時間上相位相差角度各是多少？ 5.5.為何說三相相電壓空間矢量既是時間的函數，又是空間位置的函數？為何說三相相電壓空間矢量既是時間的函數，又是空間位置的函數？ 6.6.寫出三個電壓空間矢量寫出三個電壓空間矢量uA0、uB0、uC0的數學表達式。的數學表達式。 7.7.說明三相交流電機定子的說明三相交流電機定子的“正弦合成電壓空間矢量正弦合成電壓空間矢量”方向和大小的變化方向和大小的變化規(guī)律。規(guī)律。 8.8.寫出三相交流電機定子的寫出三相交流電機定子的“正弦合成電壓空間矢量正弦合成

38、電壓空間矢量”的數學表達式的數學表達式, ,并并說明該矢量運動變化的特性。說明該矢量運動變化的特性。23 作作 業(yè)業(yè) 9. 9.三相正弦電源和三相正弦電源和6 6開關變頻器六拍三相電源在電機中形成旋轉磁場的有何區(qū)開關變頻器六拍三相電源在電機中形成旋轉磁場的有何區(qū)別？別？ 10.10.設三相交流電機的正弦定子相電壓空間矢量設三相交流電機的正弦定子相電壓空間矢量uA0、uB0、uC0在某時刻，矢量在某時刻，矢量uA0的幅值的幅值=最大負幅值電壓最大負幅值電壓“-Um”，在下面空間電壓矢量坐標圖中繪出三個矢，在下面空間電壓矢量坐標圖中繪出三個矢量量uA0、uB0、uC0以及合成電壓空間矢量的示意圖。

39、以及合成電壓空間矢量的示意圖。24 作作 業(yè)業(yè) 11.11.下圖是分析研究下圖是分析研究6 6開關開關PWMPWM變壓變頻器驅動電機的圖片和表格。變壓變頻器驅動電機的圖片和表格。設某期間設某期間VTVT1 1、VTVT2 2、VTVT3 3三只開關管導通期間在電機內形成的合成電壓三只開關管導通期間在電機內形成的合成電壓空間矢量為空間矢量為u1 1。在矢量圖中指出開關代碼。在矢量圖中指出開關代碼100100、001001、111111對應合成電壓對應合成電壓矢量。矢量。1j()2s1msss12. etuuu 由由三三相相電電壓壓合合成成電電壓壓空空間間矢矢量量知知磁磁鏈鏈合合成成空空間間矢矢

40、量量的的與與電電壓壓合合成成電電壓壓空空間間矢矢量量正正交交( (切切線線方方向向) )，而而變變頻頻器器電電機機 系系統(tǒng)統(tǒng)中中磁磁鏈鏈增增量量為為何何與與合合成成電電壓壓空空間間矢矢量量方方向向相相同同？25 作作 業(yè)業(yè) 1. 1.交流調速技術中，交流調速技術中，正弦正弦SVPWM控制技術和電流跟蹤控制技術和電流跟蹤CFPWM 控制技術的特點是控制技術的特點是什么？什么？ 答：答：正弦正弦SVPWM控制技術追求的目標是使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波控制技術追求的目標是使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波 形，但未考慮輸出電流的實際波形。形，但未考慮輸出電流的實際波形。 電流跟蹤電流跟蹤

41、CFPWM 控制技術使輸出電流接近正弦波形，但電流是在目標正弦波控制技術使輸出電流接近正弦波形，但電流是在目標正弦波 曲線上下波動變化。曲線上下波動變化。 2.2.為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標是在電動機氣隙空間形什么樣的旋轉磁場？為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標是在電動機氣隙空間形什么樣的旋轉磁場？ 答：答：為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標應是在電動機氣隙空間形成為使電動機平滑穩(wěn)定旋轉，根本目標應是在電動機氣隙空間形成“正圓形正圓形”的的旋旋 轉磁場，具備恒定電磁轉矩的運行狀態(tài)。轉磁場，具備恒定電磁轉矩的運行狀態(tài)。 3. 解釋解釋“磁鏈跟蹤控制技術磁鏈跟蹤控制技術”。它與。它與“電壓空間矢

42、量電壓空間矢量SVPWM控制技術控制技術”有何關系？有何關系？ 答：答：按照跟蹤圓形旋轉磁場來控制逆變器工作的控制方式叫按照跟蹤圓形旋轉磁場來控制逆變器工作的控制方式叫“磁鏈跟蹤控制技術磁鏈跟蹤控制技術” 。 磁鏈的軌跡是順次使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱磁鏈的軌跡是順次使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空間矢量電壓空間矢量 SVPWM控制技術控制技術”。26 作作 業(yè)業(yè) 4.4.三相交流電機的正弦定子相電壓空間矢量三相交流電機的正弦定子相電壓空間矢量uA0、uB0、uC0的方向和大小如的方向和大小如何變化？這三個正弦矢量在空間和時間上相位相差角度各是多少？何變化？這三個正弦

43、矢量在空間和時間上相位相差角度各是多少？ 答答：三個相電壓空間矢量的方向固定在電機三個繞組的軸線上，大小隨時：三個相電壓空間矢量的方向固定在電機三個繞組的軸線上，大小隨時 間呈正弦規(guī)律變化，三矢量在空間位置上相差間呈正弦規(guī)律變化，三矢量在空間位置上相差120120度，其大小在時間上度，其大小在時間上 相差相差120120度。度。 5.5.為何說電機中三個相電壓空間矢量既是時間的函數，又是空間位置的函為何說電機中三個相電壓空間矢量既是時間的函數，又是空間位置的函數？數？ 答答：說三個相電壓空間矢量是時間的函數，是指其大?。赫f三個相電壓空間矢量是時間的函數，是指其大小( (模模) )是時間的正弦是

44、時間的正弦函數。說三個相電壓空間矢量是空間位置的函數，指三個矢量的方向取各自函數。說三個相電壓空間矢量是空間位置的函數，指三個矢量的方向取各自繞組的軸線方向，僅指向隨正弦量取值的正負而變。繞組的軸線方向，僅指向隨正弦量取值的正負而變。 6.6.寫出三個相電壓空間矢量寫出三個相電壓空間矢量uA0、uB0、uC0的數學表達式。的數學表達式。 1m120240A0m1B0m1C0mcos() cos(120 ) cos(240 )jjUuUtuUteuUte oooo：設設三三相相電電壓壓的的角角頻頻率率為為，相相電電壓壓幅幅值值為為，三三個個三三相相電電壓壓空空間間矢矢量量為為： ，答答27 作作 業(yè)業(yè) 7. 7.說明三相交流電機定子的說明三相交流電機定子的“正弦合成電壓空間矢量正弦合成電壓空間矢量”方向和大小的變化方向和大小的變化規(guī)律。規(guī)律。 答答：正弦合成電壓空間矢量繞轉子軸線以電源角頻率旋轉，其大小：正弦合成電壓空間矢量繞轉子軸線以電源角頻率旋轉，其大小( (模模) )恒恒 定定1.51.5相電壓幅值。相電壓幅值。 8.8.寫出三相交流電機定子的寫出三相交流電機定子的“正弦合成電壓空間矢量正弦合成電壓空間矢量”的數學表達式的數學表達式, ,并說并說明該矢量運動