空间电压矢量PWM.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,空间矢量脉宽调制,第,1,节 空间矢量理论基础,1.,空间矢量理论,i,A,i,B,i,C,t,t,1,t,2,t,3,F,A,C,B,s,在三相电机中，三相对称绕组通上相对称电流要产生一个空间磁势矢量,F,（旋转磁势矢量）。我们认为磁势矢量,F,是由一个对应的等效电流矢量产生，称其为空间电流矢量,空间电流矢量的定义：,同样三相绕组上的电压构成空间电压矢量,旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、三相、四相、,任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，其中以两相最为简单,i,i,t,t,1,t,2,t,3,F,s,它也可以写成空间电流矢量形式,由于二相系统比三相系统变量少，理论上多用二相而不用三相。实际的三相需要变换成二相。,变换的主要原则是变换前后磁势不变、功率不变,2.Clarke,变换,A,N,2,i,N,3,i,A,N,3,i,C,N,3,i,B,N,2,i,60,o,60,o,B,图中绘出了,A,、,B,、,C,和,、,两个坐标系，取,A,轴和,轴重合。设三相绕组每相匝数为,N,3,，两相绕组每相匝数为,N,2,写成矩阵形式，得,三相总磁动势与二相总磁动势相等，两套绕组任意瞬时磁动势在,、,轴上的投影都应相等，即,因变换前后总功率不变，匝数比应为,即,从二相坐标系变换到三相坐标系,3/2,和,2/3,变换器的电路与符号,第,2,节 三相逆变器感应电机系统的矢量分析,6,脉冲方式的电流空间矢量轨迹,逆变器的运行模式：,612,、,123,、,234,、,345,、,456,、,561,、,612,，,施加在电机定子绕组上的相电压是一个六阶梯波电压,U,d,+,-,T,1,T,5,T,3,T,4,T,2,T,6,A,B,C,n,t,u,an,u,bn,u,cn,t,t,101,100,110,010,011,001,V6,V1,V2,V3,V4,V5,165,162,132,432,435,465,如果将三相逆变器的上部元件的导通规定为,1,、关断规定为,0,，则逆变器的工作状态可用二进制编码表示,由电路得电压方程（不计电阻）,t,u,an,i,abc,t,V6,V1,V2,V3,V4,V5,V6,由电压方程得三相电流波形，如图,对指定的区域，代入空间矢量表达式,可知，对每个区域空间电压矢量幅值为,2Vd/3,电流的最大值是,当负载中含有电阻时,通解是,SVM,理论：时间间隔的推导,与矢量控制联系：在,dq,轴系上时间间隔的表达式,开关参考函数,开关顺序的确定,离散参考函数：减小开关损耗,不同的矢量,PWM,比较,SVM,的过调制,电压频率比控制,低频运行模式,高频运行模式,SVM,的实现,Park,变换,磁通矢量的确定与理想磁链轨迹,各开关状态下产生的磁势幅值相等，产生的磁链大小也必然相等当逆变器按状态,S1,、,3,、,2,、,6,、,4,、,5,、,1,动作，则在电机气隙空间的磁通势的轨迹在复平面上为正六边形。如果逆变器状态按,S1,、,5,、,4,、,6,、,2,、,3,、,1,变化，电机气隙空间磁链变化的轨迹仍为正六边形，只是旋转方向发生了变化。,当,S,0,与,S,7,作用时，电机的端电压为零。它们不产生空间磁势。将与各磁势相对应的电压,U,i,（,S,A,S,B,S,C,）,i=0,，,1,，,27,，称为“空间电压矢量”。,F,2,F,3,F,6,F,4,F,5,F,1,U,3,U,4,U,5,U,2,U,1,U,6,0,U,4,U,3,U,2,U,5,U,6,U,1,0,F,0,F,7,将电机与逆变器当作一个整体，不计定子绕组电阻。由于：,式中，,U,i,（,S,A,S,B,S,C,）为第,i,个开关状态时加在电机上的电压。,为电机内的总磁链。根据电压与磁链的上述关系，可用定子电压矢量来表示空间磁链矢量。将相平面的实轴与,A,相绕组重合，电压,U,i,（,S,A,S,B,S,C,）可写成如下矢量形式：,i=0,1,2,3,4,5,6,7,当,i=1,，,U,1,（,001,）,=U,d,e,j240,在相平面是大小为,d,角度为,240,度的矢量；当,i=5,，,U,5,（,101,）,=U,d,（,1+e,j240,）在相平面是大小为,d,角度为,300,度的矢量。,空间电压矢量在相平面上的位置与它产生的磁通矢量一致。,磁链矢量增量的方向一定与电压矢量的方向相同。如果电机中有磁链矢量初始值，则总磁链是这两个矢量的矢量和。零矢量作用时磁链矢量增量为零，磁链不移动。,磁链矢量是作用在其上的电压矢量的积分：,磁通轨迹,PWM,是利用这个矢量（,6,个非零矢量、二个零矢量）进行合理组合，并调控选用矢量的作用时间使磁链轨迹尽可能地逼近圆形。,逼近圆形的方法很多，现以折线逼近法为例说明磁通轨迹,PWM,的基本方法。,将圆周,6,等分得到,6,个区域，每个区域有两个矢量相交。按顺时针方向，第一个为主矢量，第二个为辅助矢量。每个区域仅选择主、辅和零矢量作用。用折线来逼近圆弧。,U,3,U,2,U,4,U,1,U,5,U,6,（,1,）,（,2,）,（,3,）,（,4,）,（,5,）,（,6,）,U,3,U,2,U,4,U,1,U,5,U,6,（,1,）,（,2,）,（,3,）,（,4,）,（,5,）,（,6,）,一般，非零矢量作用时间都小于磁链扫过该区域的时间。为使定子磁链的平均速度与设定值相同，多余的时间应由零矢量承担。因为零矢量作用时定子磁链静止不动。,选择零电压矢量,S,0,或,S,7,的根据是空间电压矢量一次只能移动一个数字位的距离。即，可以从,100,变到,000,而不可从,110,变到,000,。当空间电压矢量每次移动两位或三位数字距离时，逆变器的输出电压脉冲中就会出现反极性脉冲，导致反向转矩。,为防止转矩与转速的过分波动，零矢量要分散施加。所以在区间（,1,）中，当加入零电压矢量后，各矢量的作用顺序是：,101,（,111,）,101001,（,000,）,001,。,各矢量作用的时间的计算：,U,4,U,3,U,2,U,5,U,6,U,1,0,A,B,假设电机在空间电压矢量,U,4,和,U,6,的激励下，定子磁链矢量从点,A,移动到点,B,。磁链矢量从,1,（蓝）变为,2,（红）磁链增量为,，磁链扫过的角度,t,N,为磁链圆的等分份数。,f,为定子电压频率,对,N,和,t,有两种处理方法：一种是把调频范围分成若干区段，在每一个区段内保持,N=,常数，因而,t,随着,f,的变化而变化。,N,的值一定要是,6,的倍数，以便使,的终点落在区间的终点上。另外一种处理方法是在整个调频范围内使,t,等于常数。这时,N,是随,f,而变化的，,N,不一定是,6,的倍数。前一种处理方法为同步调制；后一种为异步调制。,在恒压频比下磁链为常数，所以磁链轨迹的半径不变。设,U,4,、,U,6,矢量作用的时间分别为,T,1,、,T,2,，根据正弦定理有：,一般来说，非零矢量的作用时间都小于磁链扫过该区域的时间。为使定子磁链的平均速度与设定值相同，多余的时间应由零矢量承担：,要使逆变器输出三相电压四分之一周期偶对称，半周期奇对称，且相位互差,2/3,则,应取：,空间电压矢量,PWM,是借助空间电压矢量概念发展起来的一种,PWM,算法。它不但可用于逆变器电机系统，也可以用在其它三相系统。,U,2,U,3,U,6,U,4,F,5,U,1,1,3,5,2,4,6,与上一节不同，它的矢量分区如图。,主要是要解决矢量的选择切换与作用时间问题。,参考电压矢量,u,ref,在二维静止坐标系,轴、,轴的分量,u,、,u,以及,PWM,的计算周期为已知量,通过分析可以得到如下的规律：,则,A=1,，否则,A=0,；,则,B=1,，否则,B=0,；,则使,C=0,，否则,C=1,如果,如果,如果,可以得到扇区号：,N=A+2B+4C,计算在不同扇区内两个相邻电压矢量的作用时间可以归纳为,3,个值,X,、,Y,、,Z,的计算：,对于不同的扇区,T,1,T,2,按表取值,扇区号,1,2,3,4,5,6,T1,Z,Y,-Z,-X,X,-Y,T2,Y,-X,X,Z,-Y,-Z,赋值后，还要对,T,1,T,2,进行饱和判断。若,则取：,计算空间电压矢量切换点,扇区号,1,2,3,4,5,6,Taon,Tb,Ta,Ta,Tc,Tc,Tb,Tbon,Ta,Tc,Tb,Tb,Ta,Tc,Tcon,Tc,Tb,Tc,Ta,Tb,Ta,为输出,SVPWM,波形，将,t,aon,、,t,bon,、,t,con,与一个三角波比较，当三角波的值大于相应的控制信号值时输出,PWM,波形。,SVPWM,的算法有多种。,例：根据,SPWM,作出空间磁链的轨迹,F,2,F,3,F,6,F,4,F,5,F,1,F,0,F,7,U,3,U,4,U,5,U,2,U,1,U,6,U,7,U,0,U,7,U,0,U,7,U,0,在三分频调制时磁链轨迹是一个正,6,边形。调幅将只影响零矢量与非零矢量的比例。,F,2,F,3,F,6,F,4,F,5,F,1,F,0,F,7,矢量次序：,5,7,5,4,0,4,5,7,6,4,0,4,6,7,6,2,0,2,3,7,3,2,。,在相平面上，磁链不为正对称图形。实际上载波比不是,3,的倍数，不能使波形对称。,F,2,F,3,F,6,F,4,F,5,F,1,F,0,F,7,矢量次序：,5,7,5,1,0,4,5,7,5,4,0,4,在,9,分频调制时磁链轨迹是一个对称,24,边形。图未按比例做。零矢量不是等宽度的。,