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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

不要正儿八经滴
2017-11-13 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《变频器电压空间矢量脉宽调制doc》,可适用于职业岗位领域

变频器电压空间矢量脉宽调制变频器电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制时间:来源:未知编辑:电气自动化技术网点击:次字体设置:大中小经典的正弦脉宽调制(spwm)控制着眼于使变压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”。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a)绘出了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f、f、f表示见图b)它们分别座落在代表三相定子绕组轴线空间位置的a、abcb、c轴上而三相绕组合成磁动势的空间矢量为图中的f。sf=fff()sabc式中f、f、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π。ab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b)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isi=iii()sabc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uuuc它们的位置始终落在对应各相绕组轴线上而大小则随ab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它也是一个u‎‎旋转的空s间矢量其幅值不变是相电压值的倍并以角频率电源ω为电气角速度作恒速旋转如图c)。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u=uuu()sabc或把相电压的时间函数和空间相位分开写得jγjγu=u(t)u(t)eu(t)esabc(γ=π)()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:()式中ψ定子三相磁链合成空间矢量。s当电动机的转速不很低时定子电阻压降在式()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()或()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()表示。tψψmejω()s式中ψm是磁链ψs的幅值ω为其旋转角速度。由式()和式()可得()式()表明当磁链幅值ψm一定时us的大小(或供电电压与ω频率)成正比其f方向则与磁链矢量ψ正交即磁链圆的‎‎切线方向如图所示。当磁链矢量在空间旋转一s周时电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动π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量的运动轨迹问题。图旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹由六拍阶梯波逆变器供电时电动机的旋转磁场在变压变频调速系统中异步电动机如由常规的六拍阶梯波逆变器供电其输出并不是三相对称正弦电压此时将得到什么样的旋转磁场呢,定子电压合成空间矢量的运动轨迹将是怎样的呢,图三相逆变器异步电动机原理图图为简化的三相逆变器异步电动机原理图图中六个功率开关器件都以开关符号表示。由于电动机对称工作逆变器必须三相同时供电其同一桥臂的开关器件处于互补工作状态绝不允许同一桥臂上、下两器件同时导通所以在图中以单刀双投开关sk(k=a、b、c)表示同一桥臂的上、下器件。定义开关函数(k=a、b、c)()从逆变电路的拓扑结构看将有=种开关模式出现每一种开关模式由三个开关函数、sas、s的取值决定形成相应的定子合成电压空间矢量(i=u„„)。例如当图bci中逆变器a相上桥臂器件v、b相下桥臂器件、vc相下桥臂器件v导通时开关函数=、sas=、s=对应的开关模式可简写作(、、)此时对应的定子合成电压矢量写作u或bcus(、、)。由于ua为正、uu为负按矢量相加的原则可用作图法求得合成空间矢量bcu如图a)所示。由于电动机的b、c两相与直流电源负端相连其相电压矢量分别为,u与,u矢量模都是,u。它们矢量和与a轴同向模也是ud,。再与矢量相加得ubcda到在()开关模式下的合成电压空间矢量其幅值为uu、方向与a轴一致。d图电压空间矢量ui的形成a)开关模式b)开关模式同样可求开关模式为()时的合成电压空间矢量u如图b)所示。u与u的空间相位相差π而幅值相等。表列出了逆变器可能产生的种开关模式以及与之对应的应导通器件及种定子合成电压空间矢量。根据上述种开关模式用作图法画出按放射形分布的定子合成电压空间矢量图放射形的原点为abc参考坐标系的原点o见图b)。图中u六个电u压合成空间矢量幅值相等都等于ud在空间依次互相差π角度根据六拍逆变器的工作它们在时间上也依次相差π弧度。这个电压空间矢量的工作状态都是有效的称作工作矢量。表中最后两个开关模式实际上没有电压输出工作状态是无效的对应的空间矢量u和u称作零矢量(因此工作矢量又称非零矢量)在图b)中把它们置于原点o处。图六拍逆变器供电时的合成电压空间矢量a)逆变器的种开关模式b)合成电压空间矢量(放射形分布)c)合成电压空间矢量(正六边形分布)在六拍阶梯波逆变器的每个工作周期中个有效的开关模式依次各出现一次逆变器每隔π时刻就改变一次开关模式而在π时期内则保持不变。换言之如在第一个π时刻内定子电压合成空间矢量为则过了uπ时刻后电压空间矢量变为u随着时间推移依次产生、uu、u、u到第二个周期又产生u„„。这样可把放射形表示的六个电压空间矢量改画成以正六边形表示的电压空间矢量个电压空间矢量依次首尾相连且u的顶端与u的末端衔接从而形成封闭的正六边形。这表明在一个周期的π时刻个电压空间矢量在空间共转过π电角度如图c)所示。图中六边形的中点o也就是u与u的坐落点。这样一个由定子合成电压空间矢量所形成的正六边形轨迹也可以看作是交流电动机由六拍阶梯波逆变器供电时定子合成磁链空间矢量端点的运动轨迹此时旋转磁场呈正六边形而非园形。图绘出了相应的电压空间矢量与磁链空间矢量的关系。图六拍逆变器供电时电动机电压空间矢量与磁链矢量的关系下面对六边形旋转磁场的形成作进一步的讨论。设逆变器开关模式由()切换到()时电动机定子合成电压空间矢量由u同时建立了磁链空间矢量(也可看ψ切换为u作是()开关模式时的初始磁链空间矢量)如图中的矢量。依照式()可以写出δψ=uδt(i=、、„„)()ii它表明在任一个π期间内在一个ui的作用下会产生磁链空间矢量的增δψ量δψii的方向应该与u致而幅值则取决于ui作用时间的长短δt。以所讨论的π期间为i的方向一例在t=时δψ,因而ψ,ψ(图中的)在t=δt时δψ,uδt其大i小如图中段。此时ψ的顶端沿着段从a点移往b点并形成此时刻的磁链空间矢量ψ,ψδψ,ψuδt如图中的段所示矢量。到了t=π时磁链空间矢量的增量δψ,u而ψ的顶点沿u方向移至c点形成新的磁链空间矢量ψ,ψψu。在c点时逆变器已进入下一个开关模式ψ就是下一开关模式的初始磁链空间矢量。依此类推逆变器工作一个周期时个磁链合成空间矢量呈放射状它们的顶端运动轨迹呈正六边形与电压合成空间矢量的方向吻合。图磁链矢量运动轨迹的形成电压空间矢量的线性组合与svpwm控制如果交流电动机仅由常规的六拍阶梯波逆变器供电磁链轨迹便只是六边形的旋转磁场不是正弦波供电时所产生的那种圆形旋转磁场使电动机不能获得恒定转矩。其所以如此是因为在一个周期内逆变器的工作状态只切换次只形成个电压空间矢量。如果想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场就必须在每一个ψ期间内出现多个工作状态以形成更多的相位不同的电压空间矢量为此必须对逆变器的控制模式进行改造。pwm控制显然可以适应上述要求问题是怎样控制pwm的开关时间才能逼近圆形旋转磁场。科技工作者已经提出过多种实现方法例如线性组合法三段逼近法比较判断法等等这里只介绍线性组合法。(信息来源:wwwdqjswcomcn)图逼近圆形时的磁链增量轨迹图绘出了逼近圆形时的磁链矢量轨迹。前已指出如果要逼近圆形须要增加电压空间矢量的切换次数设想磁链增量由图中的、δψδψ、δψ、δψ共段组成。这时每段所施加的电压空间矢量的相位都不一样可以用基本电压矢量的线性组合来获得。图表示由电压空间矢量u和u的线性组合构成新的电压矢量us。设在换相周期时间t中有一部分时间t施加电压矢量另一部分时u‎‎间t施加。由于ut和t都比较短所产生的磁链变化也较小可以分别用电压矢量和来表示。这两个矢量之和us是线性组合后的电压矢量us与矢量u的夹角θ就是这个新矢量的相位它与u和u的相位都不同了。图电压空间矢量的线性组合采用不同电压空间矢量在不同时间作用下的线性组合就可以得到所需相位的磁链增量如图中的δψ、δψ

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