运控系统第4章第2讲及作业

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1、运动控制系统第2篇交流调速系统第2讲电压空间矢量SVPWM控制技术14.2交流PWM变频技术4.2.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术P153序前述正弦SVPWM控制方式，追求的目标是使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波形，未考虑输出电流的实际波形；电流跟踪CFPWM控制方式使输出电流接近正弦波形，但电流是在目标正弦波曲线上下波动变化。为使电动机平滑稳定旋转，根本目标应是在电动机气隙空间形成“正圆形”的旋转磁场，具备恒定电磁转矩的运行状态。电机的“旋转磁场运动轨迹曲线”：定子磁场的磁链矢量绕空间

2、轴旋转，矢量终端在空间的轨迹曲线的形状表征旋转磁场是否平稳，即是否成“正圆”。如果非正圆，说明磁链的大小在一周有波动，电磁转矩不平稳。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，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链的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SVPWM控制”。24.2.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术P1531.定子相电压空间矢量的定义交流电动机绕组的各相相电压量是随时间变化的正弦量，把它们定义成矢量，并与电机绕组的空间位置结合起

3、来，放在空间位置坐标系中来分析矢量在空间的运动(取转子轴线法平面建立坐标系)，叫“空间矢量分析法”。34.2.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术P153“合成电压空间矢量”的定义：三相定子电压空间矢量uAO、uBO、uCO相加得到的合成矢量us是一个随时间旋转的空间矢量，其转速=电源角频率ω1。其幅值固定不变，是相电压幅值的3/2倍。us可用下面数学推导获得：44.2.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术2.电压与磁链空间矢量的关系P154与定子电压空间矢量相仿，可以定义定子电流和磁链的合

4、成空间矢量Is和Ψs。当电动机转速不是很低时，定子电阻压降在上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合成磁链空间矢量端点的运动轨迹：当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子合成磁链矢量的幅值恒定，在空间绕转子轴线恒速旋转，其端点的运动轨迹呈圆形(一般简称为“磁链圆”)。这样的定子磁链合成旋转矢量可用下式表示：54.2.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术电压与磁链空间矢量的关系(续)P154合成磁链空间矢量与合成电压空间矢量(两个旋转矢量)端点运动轨迹的关

5、系:如下左图所示，当合成磁链空间矢量在空间旋转一周时，合成电压空间矢量也连续地按合成磁链空间矢量端点轨迹圆的切线方向运动一周。把合成电压空间矢量的参考点重合放在一起，则电压空间矢量端点的运动轨迹也是一个园。这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可以转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。64.2.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术3.三相PWM逆变器的基本输出电压矢量P155常规的6开关的PWM变压变频器，如果采用180°导通型，任何时刻总是有三只开关管导通，输出六拍阶梯波的三相逆变交流电。每一拍的合成电压

6、空间矢量叫“基本输出电压矢量un”。加上三只上管同时导通和三只下管同时导通的两个无效状态(逆变器没有输出)，共计有8个开关状态如下表所示。对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期中6种有效的工作状态各出现一次。逆变器每隔/3时刻就切换一次工作状态(即换相)，而在这/3时段内则保持输出不变。74.2.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术4.正六边形空间旋转磁场P156输出六拍阶梯波的6开关的PWM变压变频器在电机中形成的旋转磁场非正圆，分析如下：①工作状态100的合成电压空间矢量设工作周期从代

7、码100状态开始，这时VT6、VT1、VT2导通，其等效电路如图所示。各相对直流电源中点O’的电压都是幅值为UAO’=Ud/2，UBO’=UCO’=-Ud/2设三个对O’点的电压合成空间矢量为u1，其幅值等于Ud，空间方向沿A轴(即X轴)。84.正六边形空间旋转磁场(续)P157②工作状态110的合成电压空间矢量这时VT1、VT2、VT3导通，其等效电路如图所示。各相对直流电源中点O’的电压都是幅值为UAO’=UBO’=Ud/2，UCO’=-Ud/2三个对O’点的电压合成空间矢量u2，其幅值等于Ud，空

8、间方向60°94.正六边形空间旋转磁场(续)P157依此类推，随着变频器6个工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变，而相位每次旋转/3，直到一个周期结束。这样，在一个周期中共有6个方向和大小均固定的基本电压空间矢量依次作用，在空间形成一个封闭的正六边形，如右图蓝色的6个首尾相接的矢量所示。若把它们的起点重合在一点，则6个矢量呈六向放射状如右图红色的6个矢量。两种电源在电机中形成旋转磁场的区别：平衡三相正弦电源：三相正弦电压空间矢量是方向固