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理解SVPWM坐标变换公式本质
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常用坐标变换公式理解证明
坐标变换的物理模型是各种电机,为了分析方便或者解耦控制,把复杂的电机模型转换成简单的电机模型,如3s坐标异步电机的三相定子ABC,2s指直流电机,2r指两相电机。
3/2变换的主要目标是得到当前的相位信息、电压电流信息,但要是相位信息。
坐标变换的两原则:功率守恒&磁动势矢量守恒,功率指的是复功率,两者的关系:功率P是标量,电压U、电流I是矢量,两个矢量之积是标量 即 。(复功率下p指复功率,也是标量,电路中复功率=各支路的相加)功率守恒和磁动势矢量守恒的关系等价于标题守恒和矢量守恒,坐标变换前后部功率不变被称为绝对变换,同一标量可由不同矢量之积得到,显然坐标变换前后功率不变,但单个矢量可能变化,总的矢量积又不变,如在定子ABC上输入时域三相电压电流(输入时域功率)、、;、、。时域表达式:,变换成空间矢量表达式后就成了单独的矢量:;,最终合成两个电压电流矢量,其矢量和为;但是,在功率守恒的约束下,矢量和要乘以系数为才是最终的矢量。(后面的3/2变换总的来说,是在功率守恒下得到等效的磁运势,然后再在磁动势矢量守恒下得到得到不同坐标系下的各个矢量,磁动势是电流i与匝数的函数,代表标量,磁动势不是功率) 见证明一。
如果要求最终的矢量不是以三相定子ABC的矢量和给出,而是以静止坐标系αβ或者复平面a+jb中的两个矢量和给出,则在功率约束下,系数k发生变化,见证明二。
一、 三相电压电流时域信号变换成三相定子空间矢量表达式时,系数为,即三个单独电压矢量合成的空间矢量为
并不是简单的单独矢量之和,电流同理。
证明一:
定义变换前,三相电压、电流分别为:、、;、、
∴定义空间电压矢量:
定义空间电流矢量
此处两个矢量系数都为k,是系数归算,即线性下u i变化倍数相等
电压、电流变换为空间矢量前后有功率守恒,则
后者为空间矢量形式的描述,此描述下的功率求法:通过KCL、KVL把电压、电流矢量折合到同一轴上求功率,同一轴上的电压电流之积表示功率(可以是复功率)类似于同一器件上的u* i=p
仅仅代表旋转因子。(此处B C两相反了,不过没关系)
{ }
{
{
{
(
此处显然取了特例:电压电流同相位,当有角差时,只须
最后ABC三相整件旋转,结果不变
其中,
:复功率,、均是时间轴上的标量,任一时刻有
,基于此将、进行转换
证明二:
坐标变换的约束条件(原则):功率守恒、磁动势守恒。功率、能量
矩阵形式的欧姆定律:
Z表示复阻抗,对于同一电路,Z不变,所以呈线性关系。即的变换矩阵C相同:(C可逆)
相当于欧姆方程的变换即
功率不变原则下
这就要求.因为的变换是在变换矩阵C下实现的,显然在功率约束条件下C要被约束成,这个条件也可以当作任何功率约束下的坐标变换系数。
(参考:控制电机、现代交流调速系统、现代电机控制技术、电机与运动控制技术)
3s/2s 2s/2r变换见书:杨耕-电机与运动 交流调速技术、现代电机等
二、 求相交流空间矢量电压合成复平面坐标系a+jb下的二矢量时的系数
1.)
将时域表达式代入下面的ABC极坐标系,A超前B、B超前C、C超前A,把,
分解到实轴和虚轴上分别为、、,进行展开
可得
如果此处的三相功率和证明一中的功率一样,则先由下式成立,
然后有 此处的是矢量
可将t=0时的向量代入验证。
2)
同理,如果是滞后电压的电流,则
三、瞬时功率的定义与系数计算
三相静止坐标系ABC的相电压矢量和相电流矢量指定子上三相电压、电流的矢量和形式,即上面的、。相应的瞬时值表示成、,矢量形式的模定义为:
将时域表达式代入得
显然这与同功率下,三相到两相的电压矢量系数相同,总结为一名话:同功率下,转化到三相ABC下的两个矢量的系数为、同矢量下即矢量守恒下,三相转换到两相的系数是。则同功率下的一个矢量从三相ABC到两相静止复平面,系数为,一个功率标量包含两个矢量。(电路书中不的系数为1,这是书中的峰值为的缘故,这里的峰值为)
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基于上面的结论,三相中输入瞬时电压信号和电流信号等,电压与电流有角差,则得到一标题信号功率
展开后有(此处U\I仍是峰值,若取有效值则和电路书上一致)
如果此处是则和张兴书上P236有功无功对应上,[]中是三相瞬时值的和,对称下等于0,??????????????????
问题:
·磁动势是能量吗???是一一对应的???
·绕线电感中,铁芯闭合(环形)和不闭合(直线形)的情况下,电感的储能与磁力线的区别,见直插式电感和LCL大电感的区别
·SVM下,电感的伏秒平衡
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应用
·相位检测:通过AD测量实时值,经坐标变换得相位信息,不需要经过零检测(正弦----LM311---方波----74LS121双稳态触法器)
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