三相异步电机的矢量控制策略 - 图文(5)

2019-08-29 21:48

输出控制。整个逆变器由三相不可控整流器供电,所提供的直流恒压为Ud。

图2.5逆变器主电路原理图

SVPWM从电机的角度出发,着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩,这种调制方法把逆变器和电机作为一个整体考虑,是一种无反馈型工作模式,以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁链圆为基准用逆变器不同的工作模式所产生的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆器的开关模式,形成PWM波。

2. 4. 1 SVPWM的基本原理

在理想电源供电时,某时刻加到电机三相绕组上的三相对称正弦电压为:

[13]

,由追踪的结果决定逆变

???sin(?t)??uA??2???? u (2.11)

?B??Um?sin(?t?3)????4??uC???sin(?t?)??3???

式中Um,为相电压的最大值,?为电源角频率,ua、ub 和uc分别为三相定子绕组的相电压。设U?,U?为电压空间矢量Ud在α、β轴上的投影,则定子电压空间矢量为:

Ud?U??U??2(UA??UB??2UC)(??e32j?3....Park算子) (2.12)

16

根据三相系统向两相系统变换保持幅值不变的原则,有下式成立:

?UA??U?????U??C3S/2S?UB? (2.13) ?????UC?? 式中C3s?2s为Clark变换坐标转换式:

1?1?2?2?33?0?2?1?

2? (2.14) ?3??2??

?C3S/2S?综上可得: ?u???sin(?t)? ?u??3U??cos(?t)?m???2?j(?t??/2)? (2.15)

????ud???e?

由上式可见,当理想电源供电时,加到电机绕组上的瞬时空间电压矢量会以一定大小的角速度旋转,其轨迹在复平面上是一个圆心在原点、半径为32Um的圆周。

己知电机定子电压矢量方程为:

Ud?Ri?d?/dt (2.16)

忽略定子阻抗压降,则定子磁通矢量为:

???Uddt??3/2Umj(?t??)3/2Umj(?t??)3Umej(?t??/2)dt?e?e(2.17) 2?2?fp

由式(2.17)可见,磁通矢量是一个比电压矢量滞后?2的旋转矢量,磁通矢量的轨迹为圆,其半径为:

3/2Umr?2?fp

(2.18)

17

由式(2.18)可以看出当压频比Um/fp为常数时,磁通轨迹半径r也为常数,随着?的变化,磁通矢量必的定点运动轨迹就形成了一个以:为半径的圆,即得到了一个理想的磁通圆,SVPWM法以此理想磁通圆为基准圆。

在图2.5中,每个桥臂上的晶体管可以看作是一个开关,文中采用180?导通型逆变器,所以Tl与T4, T3与T6, T5与T2之间互为反相,即一个导通,另一个必须断开,所以实际上只有三个独立开关,三组开关共有23 = 8种开关组合,所以有8种工作状态。规定:三相负载的某一相与直流电源正极接通时,该相的开关状态为“1”,与负极接通时,该相的状态为“0”,这八种工作状态用空间矢量的概念可以表示为:

U0(000),U1(001),U2(010),U3(011),U4(100),U5(101),U6(110)和U7(111)。其中U1~U6是

非零矢量,为工作状态,6个非零矢量幅值相等相位互差?/3电角度,状态矢量U0、U7为零矢量。

2. 5 SVPWM的实现方法 实现SVPWM的方法

[14]

很多,有磁链圆轨迹法、电压矢量合成法等。这里介绍电

压矢量合成法,在图2.6,假设一个PWM调制周期足够小,在这个周期的平均电压空间矢量可以认为近似不变,所以在六个非零矢量所组成的六边形内的任意一个矢量都可以用与它相邻的两个满足逆变器工作状态的矢量和两个零矢量合成。这也是连续空间矢量调制的基础。为了得到优化的谐波性能和最少的开关次数,在一个调制周期内,应适当安排状态的转换顺序,并且在做每一次转换时,只有一个桥臂的开关管执行切换,这是因为当有两个或三个桥臂同时动作时,在线电压的半周期内会出现反极性的电压脉冲,产生反向转矩,引起转矩脉动和电磁噪声。基于上述原则,在奇数区间内,状态序列为

图2.6三相电压源逆变器的空间矢量图

,在偶数区间内,状态序列为

18

空间矢量脉宽调制的核心问题就是计算每一个调制周期内的非零矢量和零矢量的作用时间

[15]

,以下分析参考矢量Uref位于第I区间内的合成方法及如何产生空间矢量

,TS为载波周期,

PWM调制,参见图2.7,有(2.19)式成立,式中,

T0为零矢量作用时间。

图2.7参考矢量位于奇数区间k的SVPWM的逆变器开关信号

Ts/2T0/2T0/2?TkT0/2?Tk?Tk?1Ts/2?0Urefdt??

0U0dt??T0/2Ukdt??T0/2?TkUk?1dt??T0/2?Tk?Tk?1U7dt(2.19)

因为U0=U7=0,Uref在这个调制周期内是不变的,UK和UK?1是常矢量,所以上式可简化为:

UreTfs/2?UkTk?Uk?1Tk?1 (2.20)

将(2.20)式分解为实部和虚部分量,则电压合成矢量的α ,β分量U? , U?满足:

(k?1)?k???coscosTk??U??Ts2?33??????U ? U ? d ? ( k ? 1 ) ? k ? ? ? T ? 2.21 ) ? (

k?1?????23?sin?sin33??

式中k由下式决定,其中θ为α、β分量的夹角: 解方程( 2.21 )得:

(k?1)?k????33k??sin?Tk?3TS?3??T???2U?(k?1)??k?1?d??sin3?19

k??U??3?????(2.22) (k?1)?????U??cos3??cos

20


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