《第八讲SVPWM控制.ppt

第二章 SVPWM控制专题 山东大学 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 问题的提出 经典的SPWM控制主要着眼于使变频器的输出电压尽量接近正弦波； 电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦波附近变化，这就比只要求正弦电压前进了一步； 然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 如果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，Space Vector PWM）控制”。 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 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，它的幅值是每相电压值的3/2倍。 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 合成空间矢量 us 用公式表示，则有 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 电压与磁链空间矢量的关系 用合成空间矢量表示的定子电压方程式为 电压与磁链空间矢量的关系 当电动机转速不是很低时，定子电阻压降在式（2-15）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 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 磁链轨迹 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 由式（2-16）和式（2-18）可得 磁链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。 三相逆变器的开关状态表 以u0，u1，u2 ? u7分别表示8个工作状态对应的电压空间矢量，在复平面上可以得到如图2-28所示的电压空间矢量图。其中，u0和u7对应着电动机三相绕组电压为零，故称为零矢量。 电压空间矢量的扇区划分 为了讨论方便起见，可把逆变器的一个工作周期用6个电压空间矢量划分成6个区域，称为扇区（Sector），如图所示的Ⅰ、Ⅱ、…、Ⅵ，每个扇区对应的时间均为?/3 。 对于六脉波的逆变器，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。 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。 如果 u1 的作用时间?t 小于 ?/3 ，则 ??i 的幅值也按比例地减小。 依此类推，可以写成 ?? 的通式 可以得到的结论是： 如果交流电动机仅由常规的六脉波逆变器供电，磁链轨迹便是六边形的旋转磁场，这显然不象在正弦波供电时所产生的圆形旋转磁场那样能使电动机获得匀速运行。 如果想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个期间内出现多个工作状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。 逆变器的电压空间矢量虽然只有8个，但可以利用现代电力电子器件开关频率高的优势，将已有的8个电压空间矢量进行线性组合，获得更多的与u1~ u6相位不同的等幅不同相的电压空间矢量，从而用尽可能多的多边形磁链轨迹逼近理想的圆形磁场。 要有效地控制磁链轨迹，必须解决三个问题： （1）如何选择电压矢量； （2）如何确定各电压矢量的作用时间； （3）如何确定各电压矢量的作用次序。 在常规六拍逆变器中一个扇区仅包含两个开关工作状态。 实现SVPWM控制就是要把每一扇区再分成若干个对应于时间 T0 的小区间。按照上述方法插入若干个线性组合的新电压空间矢量 us，以获得优于正六边形的多边形（逼近圆形）旋转磁场。 圆形旋转磁场逼近方法 PWM控制显然可以适应上述要求，问题是，怎样控制PWM的开关时间才能逼近圆形旋转磁场。 科技工作者已经提出过多种实现方法，例如线性组合法，三段逼近法，比较判断法等，这里只介绍线性组合法。 基本思路 线性组合的方法 图2-30表示