第6章d：电压空间矢量PWM控制技术48教学内容.ppt

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1、现代电力电子技术第6章(2)电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术（或称磁链跟踪控制技术)主讲申群太本节提要问题的提出空间矢量的定义电压与磁链空间矢量的关系六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制◆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PWM（SVPWM，SpaceVectorPWM）控制”1、空间矢量的定义◆交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是

2、随时间变化的，分析时常用时间相量来表示，但如果考虑到它们所在绕组的空间位置，也可以如图所示，定义为空间矢量uA0，uB0，uC0。图6-25电压空间矢量电压空间矢量的相互关系◆定子电压空间矢量：uA0、uB0、uC0的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相位互相错开的角度也是120°◆合成空间矢量：由三相定子电压空间矢量相加合成的空间矢量us是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的3/2倍。◆当电源频率不变时，合成空间矢量us以电源角频率1为电气角速度作恒速旋转。当某一相电压为最大值时，合成电压矢量us就落在该相的轴线上。用公式表示，则

3、有（6-39）◆与定子电压空间矢量相仿，可以定义定子电流和磁链的空间矢量Is和Ψs。2、电压与磁链空间矢量的关系◆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为（6-40）式中us—定子三相电压合成空间矢量；Is—定子三相电流合成空间矢量；Ψs—定子三相磁链合成空间矢量。近似关系当电动机转速不是很低时，定子电阻压降在式（6-40）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（6-41）或（6-42）磁链轨迹◆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

4、磁链圆）。这样的定子磁链旋转矢量可用下式表示。（6-43）其中Ψm是磁链Ψs的幅值，1为其旋转角速度。由式（6-41）和式（6-43）可得（6-44）式（6-44）表明，当磁链幅值Ψm一定时，us的大小与1（或上供电电压频率）成正比,其方向则与磁链矢量Ψs正交，即磁链圆的切线方向。则与磁链矢量正交，则与磁链矢量正交磁场轨迹与电压空间矢量运动轨迹的关系◆如图所示，当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2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6-26旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹3.六

5、拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场（1）电压空间矢量运动轨迹◆在常规的PWM变压变频调速系统中，异步电动机由六拍阶梯波逆变器供电，这时的电压空间矢量运动轨迹是怎样的呢？◆为了讨论方便起见，再把三相逆变器-异步电动机调速系统主电路的原理图绘出，图6-27中六个功率开关器件都用开关符号代替，可以代表任意一种开关器件。主电路原理图图6-27三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图开关状态表如果，图中的逆变器采用180°导通型，功率开关器件共有8种工作状态（见附表），其中◆6种有效开关状态；◆2种无效状态（因为逆变器这时并没有输出电压）：◇上桥臂开关VT1、VT3、VT5全部导通

6、◇下桥臂开关VT2、VT4、VT6全部导通开关控制模式◆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时刻内则保持不变。（a）开关模式分析◆设工作周期从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的电压都是幅值为UAO’=Ud/2UBO’=UCO’=-Ud/2O+-iCUdiAiBidVT1VT6VT2（b）工作状态100的合成电压空间矢量◆由图可知，三相的合成空间矢量为u1，其幅值等于Ud，方向沿A轴（即X轴）u1uAO’-uCO’-uBO’

7、ABC（c）工作状态110的合成电压空间矢量◆u1存在的时间为/3，在这段时间以后，工作状态转为110，和上面的分析相似，合成空间矢量变成图中的u2，它在空间上滞后于u1的相位为/3弧度，存在的时间也是/3。u2uAO’uBO’ABC（d）每个周期的六边形合成电压空间矢量◆依此类推，随着逆变器工作状态的切换，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6个电压空间矢量共转过2弧度，形成一个封闭的正六边形，如图所示。u1u2u3u4u5u6u7u8（2）定子