現(xiàn)代電力傳動系統(tǒng)

1、課程教學目標：從基本知識入手，結(jié)合典型的系統(tǒng)學習，使學生對現(xiàn)代直流、交流交流、伺服電力傳動系統(tǒng)有全面的了解。對工業(yè)自動化、機電一體化的強電控制知識有比較全面的了解，開闊學生的視野，使其適應不斷發(fā)展的現(xiàn)代社會的需要。 以交流（直流）電動機為動力拖動各種生產(chǎn)機械的系統(tǒng)我們稱之為交流（直流）電力傳動系統(tǒng)，也稱交流（直流）電力拖動系統(tǒng)未來交流調(diào)速取代直流調(diào)速概 述交流機特別是異步機結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝環(huán)境要求低，適于易燃、易爆、多塵的條件。在大容量、高轉(zhuǎn)速領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢。如：電力機車，卷揚機，高速電鉆等。交流機較直流機的優(yōu)點：直流機交流機重量/功率約2倍1倍體積/功率2倍1倍價錢/功率幾倍1倍最大容量

2、1214MW幾十MW最大轉(zhuǎn)速1000rpm數(shù)萬rpm最高電壓1KV610KV安裝環(huán)境要求高要求低維護量較多較少概 述cosmm rrTeKI概 述交流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)突破概 述如:電力機車,厚板軋機,電動汽車,高速磨床,特種電源等1 以節(jié)能為目的的改恒速為調(diào)速如:風機,水泵,壓縮機等,軟起動,開環(huán)可調(diào)速系統(tǒng). 泵節(jié)電率達20%以上.2 以少維護省力為目的的取代直流調(diào)速系統(tǒng)如:直流電梯-交流電梯3 直流調(diào)速難以實現(xiàn)的領(lǐng)域,大容量,高轉(zhuǎn)速等概 述控制器-大規(guī)模集成電路和微處理器 IC ; 單片機 ; DSP控制理論傳統(tǒng)理論; 現(xiàn)代理論;電機理論： VVVF控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制， 直接轉(zhuǎn)矩控制

3、數(shù)字仿真和計算機輔助設計概 述現(xiàn)代控制不是單一的調(diào)速，其主要被控量是轉(zhuǎn)矩，不論靜態(tài)還是動態(tài)，轉(zhuǎn)矩響應非常重要。mmemdtdLTTdtdJ電力傳動系統(tǒng)運動狀態(tài)電力傳動系統(tǒng)運動方程式負載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，負載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負載稱作恒轉(zhuǎn)矩負載a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載 b) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載LT 常數(shù)mmLLPT常數(shù)22mnLT電力變換電路是交流調(diào)速系統(tǒng)的電源,是變頻器的主電路不控、半控、全控不控、半控、全控電流控制、電壓控制電流控制、電壓控制脈沖控制、電平控制脈沖控制、電平控制電壓電流額定值、工作頻率電壓電流額定值、工作頻率000TTrVP，0TTri ，不

4、控器件：不控器件：電力二極管電力二極管半控器件：半控器件：晶閘管晶閘管SCR(Thyristor)SCR(Thyristor)全控器件：全控器件：雙極結(jié)型電力三極管雙極結(jié)型電力三極管BJTBJT（半導體電力三極管）、（半導體電力三極管）、 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管GTOGTO、電力場效應晶體管、電力場效應晶體管P-MOSFETP-MOSFET、絕緣門極雙、絕緣門極雙極型晶體管極型晶體管IGBTIGBT、MOSMOS控制晶閘管控制晶閘管MCTMCT、集成門極換流晶閘管、集成門極換流晶閘管IGCTIGCT、靜電感應晶體管、靜電感應晶體管SITSIT和靜電感應晶閘管和靜電感應晶閘管SITHSITH、

5、半導體電力開關(guān)模塊和功率集成電路半導體電力開關(guān)模塊和功率集成電路PICPIC電力電子器件根據(jù)開通和關(guān)斷所需門極（柵極）驅(qū)動信號的不同要求，根據(jù)開通和關(guān)斷所需門極（柵極）驅(qū)動信號的不同要求，開關(guān)器件又可分為電流控制型開關(guān)器件和電壓控制型開關(guān)開關(guān)器件又可分為電流控制型開關(guān)器件和電壓控制型開關(guān)器件兩大類：器件兩大類：SCRSCR、BJTBJT和和GTOGTO為為電流驅(qū)動控制型器件電流驅(qū)動控制型器件P PMOSFETMOSFET、IGBTIGBT均為均為電壓驅(qū)動控制型器件電壓驅(qū)動控制型器件三極管三極管BJTBJT要求有正的、持續(xù)的基極電流開通并保持為通要求有正的、持續(xù)的基極電流開通并保持為通態(tài)，當基極

6、電流為零后態(tài)，當基極電流為零后BJTBJT關(guān)斷。為了加速其關(guān)斷，最好關(guān)斷。為了加速其關(guān)斷，最好能提供負的脈沖電流。能提供負的脈沖電流。P PMOSFETMOSFET和和IGBTIGBT要求有正的持續(xù)的驅(qū)動電壓使其開通并要求有正的持續(xù)的驅(qū)動電壓使其開通并保持為通態(tài)，要求有負的、持續(xù)的電壓使其關(guān)斷并保持保持為通態(tài)，要求有負的、持續(xù)的電壓使其關(guān)斷并保持為可靠的斷態(tài)。電壓型驅(qū)動器件的驅(qū)動功率都遠小于電為可靠的斷態(tài)。電壓型驅(qū)動器件的驅(qū)動功率都遠小于電流型開關(guān)器件，驅(qū)動電路也比較簡單可靠流型開關(guān)器件，驅(qū)動電路也比較簡單可靠大大 趨趨 勢勢最近十年電力電子器件發(fā)展的一個重要趨勢：半導體電力開關(guān)器件 驅(qū)動+緩

7、沖+監(jiān)測+控制和保護=功率集成電路PIC整流與逆變電動狀態(tài)與制動狀態(tài)不可逆變流器與可逆變流器 交-直-交和交-交變壓變頻器(結(jié)構(gòu)上)1 交-直-交變壓變頻器應用最廣的電路PWM變壓變頻器最大優(yōu)點:1.輸入的功率因數(shù)不變2.輸出諧波減小特大容量的系統(tǒng)SCR,六拍式MOSFET(小),IGBT(中,小),GTO(大)交-交變壓變頻器(周波變流器)常用的可逆線路優(yōu)缺點:技術(shù)成熟,低速,大容量輸入功率因數(shù)較低,諧波大,電壓源型和電流源型變頻器(中間直流環(huán)節(jié))兩類變頻器濾波環(huán)節(jié)不同,性能上有顯著的差異,體現(xiàn)在: 無功能量的緩沖 (采用何儲能元件來緩沖）能量回饋（電流型易實現(xiàn)；電壓型難）動態(tài)響應（電流型快

8、）應用場合180導通型和120 導通型逆變器(換相方式）三相橋式逆變器主電路180 導通型：同一橋臂上、下兩管之間換相120 導通型：同排相鄰橋臂左、右兩管之間換相逆變器的工作狀況180導通型（SCR）輸出波形相電壓輸出波形中含有大量的5、7次等低次諧波120導通型（類似，自行分析）目前，市場上供應的變頻器主要采用PWM電壓型交-直-交變頻器主電路當utur時，A的輸出為低電平。兩信號相比較，以確定各分段矩形脈沖的寬度。 輸出電壓基波的頻率也隨之改變 寬度都將變窄，輸出電壓基波的幅值應減小 l 單極性控制模式l 雙極性控制模式同極性的三角波載波信號ut與調(diào)制信號ur比較 單極性的PWM脈沖 倒

9、相信號PWM脈沖信號單極性的PWM脈沖信號與倒相信號uI相乘正負半波對稱的PWM脈沖信號ud采用正負交變的雙極性三角載波ut與調(diào)制波ur，通過ut與ur的比較直接得到雙極性的PWM脈沖，而不需要倒相電路。通常選雙極性控制 當調(diào)制信號波ur為正弦波時，所得到的就是SPWM波形，稱正弦波脈寬調(diào)制。 2/dU0,dU3WNVNUNUNUNuuuuu0 ,) 3/ 1(,) 3/ 2(ddUU 根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM逆變電路有兩種控制方式：rtffN mtmrUUM ABtAtBt2t1t3TctMur1sintmrmUUM 為調(diào)制度，Urm為調(diào)制波幅值，Utm為載波幅值1

10、由幾何相似關(guān)系可得脈寬計算式 )(21 2112BActSintSinMTt 這是一個超越方程，tA、tB與載波比N和調(diào)制制度M都有關(guān)系，求解困難，并且t1t3，計算更增加困難，這種采樣法不適宜微機實時控制。 DAB三角載波正峰值時，正弦調(diào)制波上的對應點EAB三角載波負峰值時，正弦調(diào)制波上的對應點A、B相脈寬計算公式：C相脈寬計算公式： 間歇時間： )sin1 (2t1b2a2eCtMTt)sin1 (21c2eCtMTt)(21231tTttcaa目的：采取措施以消除不允許存在的或影響較大的某幾次諧波，如5，7等低次諧波特定諧波消去法的輸出PWM波形OtuoUd-Ud2ppa1a2a3諧波相

11、電壓的幅值消去法優(yōu)缺點：控制技術(shù)的效果不錯但計算復雜；不宜用于實時控制；l要消除第要消除第k次諧波分量，只須令次諧波分量，只須令1212( 1) cos01midkmiiUUkkkp基波幅值為所要求的電壓值基波幅值為所要求的電壓值1121 2( 1) cosmidmiiUUp期望值負載i-ITIT*iiRL1VT2VT1 ONVT2 ON2/dU2/dUi指 令 值00 t ti+IT*i-IT*i電 機 電 流VT1 ON 減 少 iVT2 OFFVT2 ON 增 加 iVT1 OFF2/dU2/dUibibiauaia*iaibub*icuc*icicdUaVTbVTbVTcVTcVTaV

12、T三相的電流指令值為i*a 、 i*b 、i*b 300-3000.0uab/Via0.020.010.00.020.010.00.0ia,ia/A*t/sia*200-200線電壓波形的前后半周期里都有相反極性的電壓脈沖存在，這將使負載的諧波損耗增大 u1K/s, 慮波器 K/(1+sT)*RL負載VT1VT2-+2/dU2/dUu1電壓跟蹤型變頻器的控制回路 u1K/s11*負載RL2/dU2/dUVT1VT2前進了一步交流電動機需輸入三相正弦電流的最終目的形成圓形的旋轉(zhuǎn)磁場對準目標l交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，如果考慮到它

13、們所理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。l 定義三相定子電壓空間矢量定義三相定子電壓空間矢量 2AOjBOjCOkukuekueAOBOCOuuu32pk為待定系數(shù)為待定系數(shù)l三相合成矢量三相合成矢量2jjAOBOCOkukuekuesAOBOCOuuuu圖圖5-21 電壓空間矢量電壓空間矢量000AOBOCOuuu的合成矢量的合成矢量l定子電流空間矢量定子電流空間矢量2jjAOBOCOkikiekiesAOBOCOiiii2jjAOBOCOkkekesAOBOCOl定子磁鏈空間矢量定子磁鏈空間矢量l空間矢量功率表達

14、式空間矢量功率表達式2222222p =Re()Re()()()Re()s sjjjjAOBOCOAOBOCOAO AOBO BOCO COjjjBO AOCO AOAO BOjjjCO BOAO COBO COkuueueiieiekuiuiuikuieuieuieuieuieuieu iss、ii共軛矢量共軛矢量考慮到考慮到0AOBOCOiii23p2233p =()22AO AOBO BOCO COkuiuiuik pp=AO AOBO BOCO COuiuiuil三相瞬時功率三相瞬時功率l按空間矢量功率與三相瞬時功率相等的原則按空間矢量功率與三相瞬時功率相等的原則23k22()3jjA

15、OBOCOuueuesu22()3jjAOBOCOiieiesi22()3jjAOBOCOeesl當定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三當定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量相合成矢量112111224cos()cos()cos()33332jjmmmjtjtmsUtUteUteU eU eppsAOBOCOuuuul以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值間矢量，幅值l在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機轉(zhuǎn)在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度

16、的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。32smUUl合成空間矢量表示的定子電壓方程式合成空間矢量表示的定子電壓方程式l忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為dtdRssssiudtdssu dtssu或或l當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈矢量頂端的運動軌跡呈圓恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈矢量頂端的運動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓）。形（簡稱為磁鏈圓）。l定子磁鏈矢量定子磁鏈矢量

17、)(1tjsesl定子電壓矢量定子電壓矢量111()()()211()jtsjtjtssdedtjeepsu圖圖5-22 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運動軌跡間矢量的運動軌跡圖圖5-23 電壓矢量圓軌跡電壓矢量圓軌跡l直流電源中點直流電源中點O和交流電動機中點和交流電動機中點O的電位的電位不等，但合成電壓矢量的表達式相等。不等，但合成電壓矢量的表達式相等。l因此，三相合成電壓空間矢量與參考點無關(guān)。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點無關(guān)。222222()32()()()322(1)()33jjAOBOCOjjAOOBOOCOOjjjjjjABCOOABCuueueuuuueuueuu

18、 eu eueeuu eu esAOBOCOuuuulPWM逆變器共有逆變器共有8種工作狀態(tài)種工作狀態(tài)當當 100ABCSSSuuu222dddABCUUU2423322(1)(1)3 23 2224242(1 coscos)(sinsin)3 233333jjjjddddUUeeeeUjUpppppp1u依此類推，可得依此類推，可得8個基本空間矢量個基本空間矢量。當當1 10ABCSSSuuu222dddABCUUU2423332(1)(1)3 2222424(1coscos)(sinsin)3 2333322(13)3 23jjjjdddjddUUeeeeUjUjU eppppppp2ul

19、2個零矢量個零矢量l6個有效工作矢量個有效工作矢量07uu、16uu幅值為幅值為 23dU空間互差空間互差3p圖圖5-24 基本電壓空間矢量圖基本電壓空間矢量圖l6個有效工作矢量完成一個周期，輸出基波個有效工作矢量完成一個周期，輸出基波電壓角頻率電壓角頻率 l6個有效工作矢量個有效工作矢量16uu每個有效工作矢量作用每個有效工作矢量作用3p順序分別作用順序分別作用t時間，并使時間，并使13ptt31pk=1,2,3,4,5,6l定子磁鏈矢量的增量定子磁鏈矢量的增量 tss = u(1)3( )( )23sskjdkktUt ep ul定子磁鏈矢量運動方向與電壓矢量相同，定子磁鏈矢量運動方向與電

20、壓矢量相同，增量的幅值等于增量的幅值等于23dUtl定子磁鏈矢量的運動軌定子磁鏈矢量的運動軌跡為跡為 圖圖5-25 定子磁鏈矢量增量定子磁鏈矢量增量(1)( )( )( )( )ssssskkkkk t u圖圖5-26 正六邊形定子磁鏈軌跡正六邊形定子磁鏈軌跡l在一個周期內(nèi)，在一個周期內(nèi)，6個有效工作矢量個有效工作矢量順序作用一次，順序作用一次，定子磁鏈矢量是定子磁鏈矢量是一個封閉的正六一個封閉的正六邊形。邊形。l正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正比，而與電源角頻率成反比。正比，而與電源角頻率成反比。 1|( )| |( )| | ( )|2233 3s

21、sddkkktUUtp u122|( )| |( )| | ( )|33 3dssdUkkktUtp ul在基頻以下調(diào)速時，應保持正六邊形定子在基頻以下調(diào)速時，應保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。磁鏈的最大值恒定。l若直流側(cè)電壓恒定，則若直流側(cè)電壓恒定，則1越小時，越小時， t越越大，勢必導致大，勢必導致 增大。增大。1dU常數(shù)l要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使l在變頻的同時必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控在變頻的同時必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復雜性。制的復雜性。l有效的方法是插入零矢量有效的方法是插入零矢量l當零矢量作用時，定子磁鏈矢量的增量當零矢量作用時，

22、定子磁鏈矢量的增量表明定子磁鏈矢量停留不動。表明定子磁鏈矢量停留不動。0s =l有效工作矢量作用時間有效工作矢量作用時間當tt1l零矢量作用時間零矢量作用時間10ttt1110()3tttp l定子磁鏈矢量的增量為定子磁鏈矢量的增量為(1)31012( )( )3kjssdkkttUt ep u0l在時間在時間t1段內(nèi)，定子磁鏈矢量軌跡沿著有段內(nèi)，定子磁鏈矢量軌跡沿著有效工作電壓矢量方向運行。效工作電壓矢量方向運行。l在時間在時間t0段內(nèi)，零矢量起作用，定子磁鏈段內(nèi)，零矢量起作用，定子磁鏈矢量軌跡停留在原地，等待下一個有效工作矢量軌跡停留在原地，等待下一個有效工作矢量的到來。矢量的到來。l正六

23、邊形定子磁鏈的最大值正六邊形定子磁鏈的最大值112|( )| |( )| |( )|3sssdkkktUt ul在直流電壓不變的條件下，要保持在直流電壓不變的條件下，要保持l輸出頻率越低，輸出頻率越低，t越大，零矢量作用時間越大，零矢量作用時間t0也越大，定子磁鏈矢量軌跡停留的時間越也越大，定子磁鏈矢量軌跡停留的時間越長。長。l由此可知，由此可知，零矢量的插入有效地解決了定子零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈矢量幅值與旋轉(zhuǎn)速度的矛盾磁鏈矢量幅值與旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。| )(|ks恒定，只要使恒定，只要使t1為常數(shù)即可。為常數(shù)即可。l六邊形旋轉(zhuǎn)磁場帶有較大的諧波分量，這將六邊形旋轉(zhuǎn)磁場帶有較大的諧波分

24、量，這將導致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的脈動。導致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的脈動。l要獲得更多邊形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就要獲得更多邊形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更多的空間位置不同的電壓空間矢量必須有更多的空間位置不同的電壓空間矢量以供選擇。以供選擇。lPWM逆變器只有逆變器只有8個基本電壓矢量，能否用個基本電壓矢量，能否用這這8個基本矢量合成出其他多種不同的矢量呢？個基本矢量合成出其他多種不同的矢量呢？l按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個有效工作矢量合成期望的輸出矢量，的兩個有效工作矢量合成期望的輸出矢量，這就是電壓空間矢量這就是電壓空間矢量PWM（SVPWM）的基）的

25、基本思想。本思想。l按按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，當期望輸出電壓矢量落在某稱的六個扇區(qū)，當期望輸出電壓矢量落在某個扇區(qū)內(nèi)時，就用與期望輸出電壓矢量相鄰個扇區(qū)內(nèi)時，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的的2個有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。個有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。圖圖5-27 電壓空間矢量的電壓空間矢量的6個扇區(qū)個扇區(qū)l按按6個有效工個有效工作矢量將電壓作矢量將電壓矢量空間分為矢量空間分為對稱的六個扇對稱的六個扇區(qū)，每個扇區(qū)區(qū)，每個扇區(qū)對應對應3pl基本電壓空間矢量基本電壓空間矢量圖圖5-28 期望輸出電壓矢量的合成期望輸出電壓矢

26、量的合成l期望輸出電壓矢量期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的夾角與扇區(qū)起始邊的夾角的線性組合構(gòu)成期望的的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量電壓矢量 1u2usul在一個開關(guān)周期在一個開關(guān)周期 T0圖5-28期望輸出電壓矢量的合成的作用時間的作用時間1u2u1t的作用時間的作用時間2t121200123002233sjddttTTttUU eTTpuuul合成電壓矢量合成電壓矢量l由正弦定理可得由正弦定理可得解得解得120022332sinsin()sin33ddsttUUTTupps012sin()3du TtUps022usindTtUl零矢量的作用時間零矢量的作用時間2100ttTtl兩個基本矢量作用

27、時間之和應滿足兩個基本矢量作用時間之和應滿足當當l輸出電壓矢量最大幅值輸出電壓矢量最大幅值ss1202u2usin()sin cos()136ddttTUUpp6p120ttTsmax2dUul當定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，當定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量幅值三相合成矢量幅值 l基波相電壓最大幅值基波相電壓最大幅值 l基波線電壓最大幅值基波線電壓最大幅值32smUUmaxmax3lmmdUUUmaxmax233dmsUUulSPWM的基波線電壓最大幅值為的基波線電壓最大幅值為 兩者之比兩者之比lSVPWM方式的逆變器輸出線電壓基波最大方式的逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電

28、壓，比值為直流側(cè)電壓，比SPWM逆變器輸出電壓逆變器輸出電壓最多提高了約最多提高了約15%。23maxdlmUU1.1532maxmaxlmlmUUl通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，來安排基本矢量和零矢量的作用原則，來安排基本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同時，盡順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同時，盡量使量使PWM輸出波型對稱，以減少諧波輸出波型對稱，以減少諧波分量。分量。 l按照對稱原則，將兩個基本電壓矢量的作按照對稱原則，將兩個基本電壓矢量的作用時間平分為二后，安放在開關(guān)周期的首端用時間平分為二后，安放在開關(guān)周期的首端和末端。和末端。l零矢量

29、的作用時間放在開關(guān)周期的中間，零矢量的作用時間放在開關(guān)周期的中間，并按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇零矢量。并按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇零矢量。l在一個開關(guān)周期內(nèi)，有一相的狀態(tài)保持不在一個開關(guān)周期內(nèi)，有一相的狀態(tài)保持不變，從一個矢量切換到另一個矢量時，只有變，從一個矢量切換到另一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化，因而一相狀態(tài)發(fā)生變化，因而開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗小損耗小。 圖圖5-29 零矢量集中的零矢量集中的SVPWM實現(xiàn)實現(xiàn)l將零矢量平均分為將零矢量平均分為4份，在開關(guān)周期份，在開關(guān)周期的首、尾各放的首、尾各放1份，在中間放兩份。份，在中間放兩份。l將兩個基本電壓矢量的作用時間平分將兩個基

30、本電壓矢量的作用時間平分為二后，插在零矢量間。為二后，插在零矢量間。l按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇矢量。按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇矢量。圖圖5-30 零矢量分布的零矢量分布的SVPWM實現(xiàn)實現(xiàn)l每個周期均以零矢量開始，并以零每個周期均以零矢量開始，并以零矢量結(jié)束。矢量結(jié)束。l從一個矢量切換到另一個矢量時，從一個矢量切換到另一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化。只有一相狀態(tài)發(fā)生變化。l在一個開關(guān)周期內(nèi)，三相狀態(tài)均各在一個開關(guān)周期內(nèi)，三相狀態(tài)均各變化一次，開關(guān)損耗略大于零矢量變化一次，開關(guān)損耗略大于零矢量集中的方法。集中的方法。l將占據(jù)將占據(jù)/3的定子磁鏈矢量軌跡等分為的定子磁鏈矢量軌跡等分為N個個小區(qū)間，

31、每個小區(qū)間所占的時間小區(qū)間，每個小區(qū)間所占的時間NT103pl定子磁鏈矢量軌跡為正定子磁鏈矢量軌跡為正6N邊形，軌跡更邊形，軌跡更接近于圓，諧波分量小，能有效減小轉(zhuǎn)矩接近于圓，諧波分量小，能有效減小轉(zhuǎn)矩脈動。脈動。l在每個小區(qū)間內(nèi)，定在每個小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈矢量的增量為子磁鏈矢量的增量為圖圖5-31 期望的定子磁鏈矢量軌跡期望的定子磁鏈矢量軌跡0)()(Tkkssu 非基本電壓矢非基本電壓矢量，必須用兩個基量，必須用兩個基本矢量合成。本矢量合成。( )skul為了產(chǎn)生為了產(chǎn)生l定子磁鏈矢量的增量為定子磁鏈矢量的增量為(0)s51212361000022(0)33jsddttttU eUTTTT

32、puuu53016211222(0)(0)33jssddTtttU etUpuuu圖圖5-32定子磁鏈矢量的運動定子磁鏈矢量的運動的的7步軌跡步軌跡211616211.(0,1)02.(0,2)23.(0,3)2(0,*)4.(0,4)05.(0,5)26.(0,6)27.(0,7)0ssssssssttttuuuu弧度內(nèi)實際的定子弧度內(nèi)實際的定子圖圖5-33 N=4時，實際的定子磁鏈矢量軌跡時，實際的定子磁鏈矢量軌跡3p磁鏈矢量軌跡磁鏈矢量軌跡l定子磁鏈矢量軌跡定子磁鏈矢量軌跡弧度的定子圖圖5-34 定子旋轉(zhuǎn)磁鏈矢量軌跡定子旋轉(zhuǎn)磁鏈矢量軌跡磁鏈矢量軌跡02pl定子磁鏈矢量軌跡定子磁鏈矢量軌跡

33、l實際的定子磁鏈矢量軌跡在期望的磁鏈實際的定子磁鏈矢量軌跡在期望的磁鏈圓周圍波動。圓周圍波動。N越大，磁鏈軌跡越接近于越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關(guān)頻率隨之增大。圓，但開關(guān)頻率隨之增大。l由于由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。近于圓，而不可能等于圓。l 8個基本輸出矢量，個基本輸出矢量，6個有效工作矢量和個有效工作矢量和2個零矢量，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有個零矢量，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量只作用效工作矢量只作用1次的方式，生成正次的方式，生成正6邊邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導致轉(zhuǎn)矩脈形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導致轉(zhuǎn)矩脈動。動。l

34、 用相鄰的用相鄰的2個有效工作矢量，合成任意個有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開關(guān)周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場越接近于圓，圓。開關(guān)周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場越接近于圓，但功率器件的開關(guān)頻率將提高。但功率器件的開關(guān)頻率將提高。l 用電壓空間矢量直接生成三相用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，波，計算簡便。計算簡便。l 與一般的與一般的SPWM相比較，相比較，SVPWM控制控制方式的輸出電壓最多可提高方式的輸出電壓最多可提高15%。AOU0BU 三相橋兩電平逆變器三相橋兩電平逆變器 、 、 只能是只能是 、 兩電平，不能為兩電平，不能為0，有，有 種

35、開關(guān)狀態(tài)；最大相電壓幅值種開關(guān)狀態(tài)；最大相電壓幅值 ，線電壓有效值為線電壓有效值為 三電平逆變器三電平逆變器 、 、 可有三種電平可有三種電平 、 、0，有，有 種開關(guān)狀態(tài)。種開關(guān)狀態(tài)。 COU2DV2DV82327332DV2DVCOUAOU0BU0)30(131COSVVDaNmDaNmVV320DaNmVV31300DDVV707. 021DV320aS1aS2aS2/21DaDAOVSVv021aDAOSVv2/21DaDAOVSVv27330態(tài)態(tài)1態(tài)態(tài)2態(tài)態(tài)三相橋共有三相橋共有 種開關(guān)狀態(tài)種開關(guān)狀態(tài) DbBOVSv21DcCOVSv2112aAODSvV)(21baDBOAOABSS

36、Vvvv)(21CbDCOBOBCSSVvvv)(21acDAOCOCASSVvvvcbaDCABCABSSSVvvv1011100112cbaDCNBNANSSSVvvv2111211126060兩電平：僅六個相差兩電平：僅六個相差 的等幅矢量可選用于合成矢量的等幅矢量可選用于合成矢量 三電平：有三電平：有24個相差個相差 不等幅矢量可選用于合成矢量不等幅矢量可選用于合成矢量030)(V)(VSR-PI型速度調(diào)節(jié)器NNSNdtNNKNNKN002*1)*()(*不同的控制策略，要求有不同的不同的控制策略，要求有不同的V/V/f f 函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系。前級前級AC/DC AC/DC 常采用不控

37、整流，當然也可以采用相控整流，或采用高頻整常采用不控整流，當然也可以采用相控整流，或采用高頻整流。流。AC-ACAC-AC直接變頻優(yōu)缺點直接變頻優(yōu)缺點AC/DC-DC/ACAC/DC-DC/AC間接變頻優(yōu)缺點間接變頻優(yōu)缺點三菱MELVECC-3000系統(tǒng)27339V22VAvBvCv000300600900330DV32DV31DV31aSbScS000300300VVV9V22V18V21V若要求若要求 相位為相位為 ，則可選，則可選 （ ）、）、 與零矢量合成與零矢量合成 若要求若要求 相位為相位為 ，則可選，則可選 與零矢量組合成與零矢量組合成 若要求若要求 相位為相位為 ，則可選，則可

38、選 （ ）、）、 、 與零矢量組合成與零矢量組合成 VVV9V18V22V21V單相橋單相橋1800逆變方波電壓中逆變方波電壓中,除基波除基波V1外還含有外還含有3,5,7次諧波次諧波,基波幅值基波幅值V1M= 有效值有效值V1= =0.9 。n次諧波次諧波VN=V1/n脈寬為脈寬為 的單脈波電壓的單脈波電壓VNM=41.27DDVVp41sin()2VDnnp2 2DVpDV三相橋逆變?nèi)鄻蚰孀?200方波線電壓中除基波外還含有方波線電壓中除基波外還含有5,7,11,13等次諧等次諧波波,基波幅值基波幅值 ,有效值有效值 n次諧波比基波小次諧波比基波小n倍。倍。三相橋三相橋SPWM逆變，輸出

39、線電壓是單極性電壓逆變，輸出線電壓是單極性電壓,線電壓基波幅值線電壓基波幅值VAB1M 。 VAB1M= =0.866MVD,小于小于1200方波的方波的V1M=1.1VDVAB1= VAB1M / =0.612MVD,小于小于1200方波的方波的V1=0.78VD (小小21.5%）二電平空間矢量控制時二電平空間矢量控制時 VAB10.707VD 載波比載波比N時時,線電壓中低次諧波的頻率線電壓中低次諧波的頻率N,N2,2N1,2N3.等。等。線電壓中不含線電壓中不含3K次諧波，若輸出頻率次諧波，若輸出頻率fO =fr=50Hz，載波頻率，載波頻率fC= 2.55KHz,則則N=2550/50=51 。低次諧波為。低次諧波為N-2=49次。次。DVM213DVM78. 0785. 0DDVVV78. 061p2DDMVVV1 . 1321p 采用采用SPWM控制時，固定載波頻率控制時，固定載波頻率fC，和載波電壓，和載波電壓Vcm，改變參考波頻率電壓，改變參考波頻率電壓fr, 即可改變輸出電壓頻率即可改變輸出電壓頻率fO（fO= fr)。改變參考波電壓幅值改變參考波電壓幅值Vrm, 使調(diào)制比使調(diào)制比M（Vrm /Vcm）改）改變，即可調(diào)控輸出基波電壓大小，參考波電壓變，即可調(diào)控輸出基波電壓大小，參考波電壓Vr(t)