變頻器培訓(xùn)課件

變頻器技術(shù)與應(yīng)用培訓(xùn)課件2008.11.29第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)一電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作原理結(jié)構(gòu)2第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)一電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作原理Tn0Q1Q2Tn0Q3Q4機(jī)械特性3第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)一電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作原理動(dòng)力學(xué)方程4第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為：式中：－轉(zhuǎn)速（r/min）－電樞電壓(V)－電樞電流(A)－電樞回路總電阻(Ω)－勵(lì)磁磁通（Wb）－由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。5第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理0nTen0n01n02n03φ1φ2φ3φNφN>φ1>φ2>φ3

√調(diào)壓調(diào)速6第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理1、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組GEGMM3～放大裝置++--ifU+(-)-(+)+-生產(chǎn)機(jī)械勵(lì)磁電源～旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱為G-M系統(tǒng)，國際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。-TLTL0-TeTen-n正向電動(dòng)狀態(tài)正向制動(dòng)狀態(tài)反向電動(dòng)狀態(tài)反向制動(dòng)狀態(tài)Ten7第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理2、靜止式可控整流器TenTenTen半控整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)全控整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)正反兩組全控整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為V-M系統(tǒng)，國際上通稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)。8第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理3、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器MLVTVD+-Us+-tu0TUdtonUs采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)，稱作直流斬波器，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開關(guān)的電路，通稱為脈寬調(diào)制變換器。電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為：9第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理3、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為：VT1+-UsM+-VT4VT3VT2tUd0tonUs-UstontonT2T10第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理PWM控制器UcRbR0VTb11第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理12第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcr帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程理想的快速啟動(dòng)過程13第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理14第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)三直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制15第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理定子每相電動(dòng)勢(shì)式中：Eg

—?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，單位為V；—定子頻率，單位為Hz；f1—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；Ns—基波繞組系數(shù)；kNs—每極氣隙磁通量，單位為Wb。

m16第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理基頻以下調(diào)速要保持

m

不變，當(dāng)頻率f1

從額定值f1N

向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Eg

，使常值當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓Us

≈Eg，則得采用恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式恒壓頻比的控制方式17第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理帶壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性18第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理Eg—?dú)庀叮ɑ蚧ジ校┐磐ㄔ诙ㄗ用肯嗬@組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；Es—定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；Er

—轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（折合到定子邊）。19第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1、恒壓頻比控制（Us/

1＝恒值）

為了近似地保持氣隙磁通不變，以便充分利用電機(jī)鐵心，發(fā)揮電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力，在基頻以下須采用恒壓頻比控制。這時(shí)，同步轉(zhuǎn)速自然要隨頻率變化。帶負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為：

在恒壓頻比的條件下改變頻率

1

時(shí)，機(jī)械特性基本上是平行下移。20第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

該特性和直流他勵(lì)電機(jī)變壓調(diào)速時(shí)的情況基本相似，所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，轉(zhuǎn)速再降低，特性就折回來了，而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小，具體分析如下：可見最大轉(zhuǎn)矩Temax

是隨著的

1

降低而減小的。頻率很低時(shí)，Temax太小將限制電機(jī)的帶載能力，采用定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣s，可以增強(qiáng)帶載能力。1、恒壓頻比控制（Us/

1＝恒值）21第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1、恒壓頻比控制（Us/

1＝恒值）22第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理代入電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系式，得由等效電路可以看出2、恒Eg/

1控制

23第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2、恒Eg/

1控制

當(dāng)s很小時(shí)，可忽略分母中含s項(xiàng)，則

當(dāng)s接近于1時(shí)，可忽略分母中的Rr'2

項(xiàng)，則24第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

將右式對(duì)s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可得恒Eg/

1控制特性在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)矩2、恒Eg/

1控制

25第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理3、恒Er/

1控制

如果把電壓－頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓再進(jìn)一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降也抵消掉，得到恒Er/

1

控制。代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得26第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理3、恒Er/

1控制氣隙磁通的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eg

對(duì)應(yīng)于氣隙磁通幅值

m

，那么，轉(zhuǎn)子全磁通的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Er

就應(yīng)該對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子全磁通幅值

rm

：只要能夠按照轉(zhuǎn)子全磁通幅值

rm=Constant進(jìn)行控制，就可以獲得恒Er/

1了。這正是矢量控制系統(tǒng)所遵循的原則27第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五交流變頻器的主要類型1、交-直-交變頻器變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)逆變DCACAC50Hz~整流交-直-交（間接）變壓變頻器28第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五交流變頻器的主要類型變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)PWM逆變器DCACAC50Hz~調(diào)壓調(diào)頻C交-直-交PWM變壓變頻器1、交-直-交變頻器29第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五交流變頻器的主要類型SCR可控整流器六拍逆變器DCACAC50Hz~調(diào)頻調(diào)壓可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器調(diào)頻的交-直-交變壓變頻器1、交-直-交變頻器30第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五交流變頻器的主要類型2、交-交變壓變頻器交－交變頻AC50Hz~ACCVCFVVVF312、交-交變壓變頻器第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五交流變頻器的主要類型322、交-交變壓變頻器2AOw

ta=a=0

p

2a=

pBCDEFu0第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五交流變頻器的主要類型33第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器342、性能比較

在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬感性負(fù)載。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對(duì)無功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網(wǎng)。

用電流源型逆變器給異步電機(jī)供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一個(gè)顯著特征，就是容易實(shí)現(xiàn)能量的回饋，從而便于四象限運(yùn)行，適用于需要回饋制動(dòng)和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。（1）無功能量的緩沖（2）能量的回饋第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器352、性能比較（2）能量的回饋第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器362、性能比較（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)

正由于交-直-交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就慢得多。

電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，不易波動(dòng)，所以適于做多臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺(tái)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場(chǎng)合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機(jī)傳動(dòng)，但可以滿足快速起制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求。（4）應(yīng)用場(chǎng)合第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器373、180o導(dǎo)通型和120o導(dǎo)通型逆變器第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器383、180o導(dǎo)通型和120o導(dǎo)通型逆變器（1）180°導(dǎo)通型控制方式同一橋臂上、下兩管之間互相換流的逆變器稱作180°導(dǎo)通型逆變器。例如，當(dāng)VT1關(guān)斷后，使VT4導(dǎo)通，而當(dāng)VT4關(guān)斷后，又使VT1導(dǎo)通。這時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的區(qū)間是180°，其他各相亦均如此。由于每隔60°有一個(gè)器件開關(guān)，在180°導(dǎo)通型逆變器中，除換流期間外，每一時(shí)刻總有3個(gè)開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通。第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器393、180o導(dǎo)通型和120o導(dǎo)通型逆變器（1）180°導(dǎo)通型控制方式第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器403、180o導(dǎo)通型和120o導(dǎo)通型逆變器（2）120°導(dǎo)通型控制方式120°導(dǎo)通型逆變器的換流是在不同橋臂中同一排左、右兩管之間進(jìn)行的。例如，VT1關(guān)斷后使VT3導(dǎo)通，VT3關(guān)斷后使VT5導(dǎo)通，VT4關(guān)斷后使VT6導(dǎo)通等等。這時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件一次連續(xù)導(dǎo)通120°，在同一時(shí)刻只有兩個(gè)器件導(dǎo)通，如果負(fù)載電機(jī)繞組是Y聯(lián)結(jié)，則只有兩相導(dǎo)電，另一相懸空。第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六電壓源型和電流源型逆變器41七正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)1、PWM調(diào)制原理

以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrierwave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulationwave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)422、SPWM控制方式按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidalpulsewidthmodulation，簡(jiǎn)稱SPWM），這種序列的矩形波稱作SPWM波。如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。七正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)432、SPWM控制方式舉例說明：七正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)442、SPWM控制方式雙極性PWM控制方式單極性PWM控制方式七正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)45八電流滯環(huán)跟蹤PWM(CHBPWM)控制技術(shù)常用的一種電流閉環(huán)控制方法是電流滯環(huán)跟蹤PWM（CurrentHysteresisBandPWM-CHBPWM）控制。第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)46八電流滯環(huán)跟蹤PWM(CHBPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)47九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)1、問題的提出經(jīng)典的SPWM控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。電流滯環(huán)跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只要求正弦電壓前進(jìn)了一步。交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。如果對(duì)準(zhǔn)這一目標(biāo)，把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來控制逆變器的工作，其效果應(yīng)該更好。這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，下面的討論將表明，磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，SpaceVectorPWM）控制”。第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)482、空間矢量的定義

交流電動(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化的，分析時(shí)常用時(shí)間相量來表示，但如果考慮到它們所在繞組的空間位置，也可以如圖所示，定義為空間矢量uA0，uB0，uC0。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)493、電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系

式中

us—定子三相電壓合成空間矢量；

Is—定子三相電流合成空間矢量；Ψs—定子三相磁鏈合成空間矢量。三相的電壓平衡方程式相加，即得用合成空間矢量表示的定子電壓方程式為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻壓降所占的成分很小，可忽略不計(jì)。或九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)503、電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系

其中：Ψm是磁鏈Ψs的幅值，

1為其旋轉(zhuǎn)角速度。當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形（一般簡(jiǎn)稱為磁鏈圓）。這樣的定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示：九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)513、電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系

如圖所示，當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運(yùn)動(dòng)2

弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。這樣，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡問題。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)524、六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡如果，圖中的逆變器采用180°導(dǎo)通型，功率開關(guān)器件共有8種工作狀態(tài)，其中6種有效開關(guān)狀態(tài)；2種無效狀態(tài)（因?yàn)槟孀兤鬟@時(shí)并沒有輸出電壓）：上橋臂開關(guān)VT1、VT3、VT5

全部導(dǎo)通；下橋臂開關(guān)VT2、VT4、VT6

全部導(dǎo)通。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)534、六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)544、六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)工作周期從100狀態(tài)開始，這時(shí)VT6、VT1、VT2導(dǎo)通，其等效電路如圖所示。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)554、六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡工作狀態(tài)100的合成電壓空間矢量九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)564、六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡工作狀態(tài)110的合成電壓空間矢量每個(gè)周期的六邊形合成電壓空間矢量九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)574、六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（2）定子磁鏈?zhǔn)噶慷它c(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡

電壓空間矢量與磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系：依此類推，可以寫成

的通式：九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)584、六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（2）定子磁鏈?zhǔn)噶慷它c(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡

磁鏈?zhǔn)噶吭隽颗c電壓矢量、時(shí)間增量的關(guān)系：如果u1的作用時(shí)間

t小于

/3，則

i的幅值也按比例地減小，如圖中的矢量?？梢姡谌魏螘r(shí)刻，所產(chǎn)生的磁鏈增量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(shí)間。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)595、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

如前分析，我們可以得到的結(jié)論是：如果想獲得更多邊形或逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就必須在每一個(gè)期間內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)工作狀態(tài)，以形成更多的相位不同的電壓空間矢量。為此，必須對(duì)逆變器的控制模式進(jìn)行改造。如果交流電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)磁場(chǎng)，這顯然不象在正弦波供電時(shí)所產(chǎn)生的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)那樣能使電動(dòng)機(jī)獲得勻速運(yùn)行。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)605、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

逼近圓形時(shí)的磁鏈增量軌跡電壓空間矢量的線性組合九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)615、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

可根據(jù)各段磁鏈增量的相位求出所需的作用時(shí)間t1和t2。式中

=120。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)625、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)635、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

換相周期T0應(yīng)由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所需的頻率決定，T0與t1+t2未必相等，其間隙時(shí)間可用零矢量u7或u8來填補(bǔ)。為了減少功率器件的開關(guān)次數(shù)，一般使u7和u8各占一半時(shí)間，因此零矢量的使用電壓空間矢量的扇區(qū)劃分為了討論方便起見，可把逆變器的一個(gè)工作周期用6個(gè)電壓空間矢量劃分成6個(gè)區(qū)域，稱為扇區(qū)（Sector），如圖所示的Ⅰ、Ⅱ、…Ⅵ，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的時(shí)間均為

/3。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)645、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

電壓空間矢量的扇區(qū)劃分在常規(guī)六拍逆變器中一個(gè)扇區(qū)僅包含兩個(gè)開關(guān)工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)SVPWM控制就是要把每一扇區(qū)再分成若干個(gè)對(duì)應(yīng)于時(shí)間T0的小區(qū)間。按照上述方法插入若干個(gè)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（逼近圓形）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在實(shí)際系統(tǒng)中，應(yīng)該盡量減少開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)引起的開關(guān)損耗，因此不同開關(guān)狀態(tài)的順序必須遵守下述原則：每次切換開關(guān)狀態(tài)時(shí)，只切換一個(gè)功率開關(guān)器件，以滿足最小開關(guān)損耗。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)655、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

插值舉例每一個(gè)T0相當(dāng)于PWM電壓波形中的一個(gè)脈沖波。例如:圖中所示扇區(qū)內(nèi)的區(qū)間包含t1,t2,t7和t8共4段，相應(yīng)的電壓空間矢量為u1,u2,u7和u8,即100,110,111和000共4種開關(guān)狀態(tài)。

為了使電壓波形對(duì)稱，把每種狀態(tài)的作用時(shí)間都一分為二，因而形成電壓空間矢量的作用序列為：12788721，其中1表示作用u1,2表示作用u2，……。這樣，在這一個(gè)時(shí)間內(nèi)，逆變器三相的開關(guān)狀態(tài)序列為100，110，111，000，000，111，110，100。

按照最小開關(guān)損耗原則進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)上述1278的順序是不合適的。為此，應(yīng)該把切換順序改為81277218，即開關(guān)狀態(tài)序列為000，100，110，111，111，110，100，000，這樣就能滿足每次只切換一個(gè)開關(guān)的要求了。九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)665、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

插值舉例虛線間的每一小段表示一種工作狀態(tài)

九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)675、電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制

總結(jié)1)逆變器的一個(gè)工作周期分成6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)相當(dāng)于常規(guī)六拍逆變器的一拍。為了使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)逼近圓形，每個(gè)扇區(qū)再分成若干個(gè)小區(qū)間T0，T0越短，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)越接近圓形，但T0的縮短受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。2)在每個(gè)小區(qū)間內(nèi)雖有多次開關(guān)狀態(tài)的切換，但每次切換都只涉及一個(gè)功率開關(guān)器件，因而開關(guān)損耗較小。3)每個(gè)小區(qū)間均以零電壓矢量開始，又以零矢量結(jié)束。4)利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)便。5)采用SVPWM控制時(shí)，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，這比一般的SPWM逆變器輸出電壓提高了15%九電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)68十坐標(biāo)變換和變換矩陣1）坐標(biāo)變換的基本思路直流電機(jī)的物理模型圖中繪出了二極直流電機(jī)的物理模型，圖中F為勵(lì)磁繞組，A為電樞繞組，C為補(bǔ)償繞組。F和C都在定子上，只有A是在轉(zhuǎn)子上。把F的軸線稱作直軸或d

軸（directaxis），主磁通

的方向就是沿著d軸的；A和C的軸線則稱為交軸或q

軸（quadratureaxis）。第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)691）坐標(biāo)變換的基本思路直流電機(jī)的物理模型

電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，其效果好象一個(gè)在q軸上靜止的繞組一樣。但它實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)的，會(huì)切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，這又和真正靜止的繞組不同，通常把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”（pseudo-stationarycoils）。十坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)701）坐標(biāo)變換的基本思路交流電機(jī)的物理模型十坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)711）坐標(biāo)變換的基本思路交流電機(jī)的物理模型十坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)722）三相--兩相變換（3/2變換）

在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組

、

之間的變換，或稱三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡(jiǎn)稱3/2變換。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與二相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在、軸上的投影都應(yīng)相等。十坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)732）三相--兩相變換（3/2變換）

寫成矩陣形式，得十坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)742）三相--兩相變換（3/2變換）

考慮變換前后總功率不變，在此前提下，可以證明，匝數(shù)比應(yīng)為：十坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)752）三相--兩相變換（3/2變換）

令C3/2

表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則：如果要從兩相坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱2/3變換，可利用增廣矩陣得方法把C3/2擴(kuò)成方陣，求其逆矩陣后，再除去增加得一列，即得：十坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)762）三相--兩相變換（3/2變換）