交流調(diào)速系統(tǒng)-標(biāo)量控制與電壓空間矢量技術(shù)

1、交流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng) 徐州中礦大傳動與自動化有限公司標(biāo)量控制與電壓空間矢量技術(shù)目錄 1、現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)概述 2、異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法 3、異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速 4、電力電子變壓變頻器 5、電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù) 6、轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)2一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速 l風(fēng)機(jī)、水泵對調(diào)速范圍和動態(tài)性能的要風(fēng)機(jī)、水泵對調(diào)速范圍和動態(tài)性能的要求都不高，只要有一般的調(diào)速性能就足求都不高，只要有一般的調(diào)速性能就足夠了。夠了。l需要調(diào)速，但對調(diào)速性能要求不高的生需要調(diào)速，但對調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機(jī)械，也屬于一般性能調(diào)速。產(chǎn)機(jī)械，也屬于一般性能調(diào)速。高性能的交流調(diào)

2、速系統(tǒng)和伺服高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)系統(tǒng)l矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制l可以和直流調(diào)速系統(tǒng)媲美的高性能可以和直流調(diào)速系統(tǒng)媲美的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速速l特大容量的電力拖動設(shè)備特大容量的電力拖動設(shè)備厚板軋機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)等，以及厚板軋機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)等，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動，如高速磨頭、離極高轉(zhuǎn)速的拖動，如高速磨頭、離心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜。心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜。1. 異步電動機(jī)調(diào)速異步電動機(jī)調(diào)速l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)

3、差功率是否增大，能量是被消耗掉還是得到否增大，能量是被消耗掉還是得到利用，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的利用，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。標(biāo)志。l按轉(zhuǎn)差功率將異步電動機(jī)的調(diào)速系按轉(zhuǎn)差功率將異步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類。統(tǒng)分成三類。轉(zhuǎn)差功率消耗型轉(zhuǎn)差功率消耗型l全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中子回路中。l以以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速降增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速降低（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時），越到低速效率低（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時），越到低速效率越低。越低。l結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本少，還有一定的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本少，還有一定的應(yīng)用價值。應(yīng)用價值。轉(zhuǎn)差功率饋送轉(zhuǎn)差功率饋送型型 l轉(zhuǎn)

4、差功率一部分被消耗掉，大部分轉(zhuǎn)差功率一部分被消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋給電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化則通過變流裝置回饋給電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化成機(jī)械能予以利用。成機(jī)械能予以利用。l功率既可以從轉(zhuǎn)子饋入又可以饋出功率既可以從轉(zhuǎn)子饋入又可以饋出的系統(tǒng)稱作雙饋調(diào)速系統(tǒng)。的系統(tǒng)稱作雙饋調(diào)速系統(tǒng)。l效率較高，只能采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)效率較高，只能采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)。電動機(jī)。 轉(zhuǎn)差功率不變型轉(zhuǎn)差功率不變型l變壓變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)子銅損基本不變，變壓變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)子銅損基本不變，轉(zhuǎn)子電路中沒有附加的損耗，效率轉(zhuǎn)子電路中沒有附加的損耗，效率最高。最高。l須配置與電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冺毰渲门c電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，設(shè)備成本最高。頻器，設(shè)

5、備成本最高。l變極對數(shù)調(diào)速也是轉(zhuǎn)差功率不變型變極對數(shù)調(diào)速也是轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)，屬于有級調(diào)速。調(diào)速系統(tǒng)，屬于有級調(diào)速。2. 同步電動機(jī)調(diào)速同步電動機(jī)調(diào)速l同步電動機(jī)沒有轉(zhuǎn)差，也就沒有轉(zhuǎn)差同步電動機(jī)沒有轉(zhuǎn)差，也就沒有轉(zhuǎn)差功率，所以同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能功率，所以同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是轉(zhuǎn)差功率不變型。是轉(zhuǎn)差功率不變型。l同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子極對數(shù)是固定的，只同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子極對數(shù)是固定的，只能靠變壓變頻調(diào)速。能靠變壓變頻調(diào)速。2. 同步電動機(jī)調(diào)速同步電動機(jī)調(diào)速l從頻率控制的方式來看，同步電動機(jī)從頻率控制的方式來看，同步電動機(jī)調(diào)速可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩類。調(diào)

6、速兩類。l自控變頻調(diào)速利用轉(zhuǎn)子磁極位置檢測自控變頻調(diào)速利用轉(zhuǎn)子磁極位置檢測信號來控制變壓變頻裝置換相，又稱信號來控制變壓變頻裝置換相，又稱作無換向器電動機(jī)調(diào)速，或無刷直流作無換向器電動機(jī)調(diào)速，或無刷直流電動機(jī)調(diào)速。電動機(jī)調(diào)速。兩類交流調(diào)速兩類交流調(diào)速l基于交流電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，其動基于交流電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，其動態(tài)性能不高，是在交流調(diào)速發(fā)展初態(tài)性能不高，是在交流調(diào)速發(fā)展初期出現(xiàn)的。期出現(xiàn)的。l基于交流電動機(jī)的動態(tài)模型，能實基于交流電動機(jī)的動態(tài)模型，能實現(xiàn)高動態(tài)性能，是隨著客觀需要和現(xiàn)高動態(tài)性能，是隨著客觀需要和研究成果陸續(xù)開發(fā)出來的。研究成果陸續(xù)開發(fā)出來的。一、一、 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模異步電動

7、機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法型和調(diào)速方法l異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路和機(jī)械特性，兩者既有機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路和機(jī)械特性，兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。聯(lián)系，又有區(qū)別。穩(wěn)態(tài)等值電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率穩(wěn)態(tài)等值電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣特性。下電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣特性。機(jī)械特性則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或機(jī)械特性則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。1.1異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型l轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系11nnsn1(1)ns n或或 電動機(jī)極對數(shù)電動機(jī)極對數(shù) 供電電源頻率供電電源頻率 l同步轉(zhuǎn)

8、速同步轉(zhuǎn)速 1160pfnn1fpn異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路圖圖1 異步電動機(jī)異步電動機(jī)T型等效電路型等效電路假定條件：忽略空間和時間諧波，假定條件：忽略空間和時間諧波，忽略磁飽和，忽略鐵損忽略磁飽和，忽略鐵損異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路式中式中 l轉(zhuǎn)子相電流（折合到定子側(cè)）轉(zhuǎn)子相電流（折合到定子側(cè)） 212121lrlsrssrLCLsRCRUImlsmlssLLLjLjRC11111異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路圖圖2 異步電動機(jī)簡化等效電路異步電動機(jī)簡化等效電路忽略勵磁電流忽略勵磁電流異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路2212l

9、rlsrssrsLLsRRUIIl簡化等效電路的相電流簡化等效電路的相電流異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性l異步電動機(jī)傳遞的電磁功率異步電動機(jī)傳遞的電磁功率 l機(jī)械同步角速度機(jī)械同步角速度 sRIPrrm2 3pmn11異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性l異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（機(jī)械特性方程式異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（機(jī)械特性方程式 ）22122122212122 113/33lrlsrsrsplrlsrsrsprrpmmeLLsRsRsRUnLLsRRsRUnsRInPT異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性對對s求導(dǎo)，并令求導(dǎo)，并令 0dsdTel最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩，

10、又稱臨界轉(zhuǎn)矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnT異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性l異步電動機(jī)由額異步電動機(jī)由額定電壓、額定頻定電壓、額定頻率供電，且無外率供電，且無外加電阻和電抗時加電阻和電抗時的機(jī)械特性方程的機(jī)械特性方程式，稱作固有特式，稱作固有特性或自然特性。性或自然特性。圖圖3 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性1.2異步電動機(jī)的調(diào)速方法異步電動機(jī)的調(diào)速方法與氣隙磁通與氣隙磁通l異步電動機(jī)的調(diào)速方法異步電動機(jī)的調(diào)速方法所謂調(diào)速，就是人為地改變機(jī)械特性所謂調(diào)速，就是人為地改變機(jī)械特性的參數(shù)，使電動機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)偏離固有的參數(shù)，使電動機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)偏離固有特

11、性，工作在人為機(jī)械特性上，以達(dá)到調(diào)特性，工作在人為機(jī)械特性上，以達(dá)到調(diào)速的目的。速的目的。異步電動機(jī)的調(diào)速方法異步電動機(jī)的調(diào)速方法由異步電動機(jī)的機(jī)械特性方程式由異步電動機(jī)的機(jī)械特性方程式可知，能夠改變的參數(shù)可分為可知，能夠改變的參數(shù)可分為3類：類：電動機(jī)參數(shù)、電源電壓和電源頻率（或角電動機(jī)參數(shù)、電源電壓和電源頻率（或角頻率）。頻率）。22222113psresrlslrn U R sTsRRsLL2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速l保持電源頻率為額定頻率，只改變保持電源頻率為額定頻率，只改變定子電壓的調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速。定子電壓的調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速。l由于受電動機(jī)絕緣和磁路飽和的限由

12、于受電動機(jī)絕緣和磁路飽和的限制，定子電壓只能降低，不能升高，制，定子電壓只能降低，不能升高，故又稱作降壓調(diào)速。故又稱作降壓調(diào)速。異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速l調(diào)壓調(diào)速的基本特征：電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速保調(diào)壓調(diào)速的基本特征：電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速保持額定值不變持額定值不變 l氣隙磁通氣隙磁通 隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。11160NNpfnnn14.44SsmsNUf N k2.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性的機(jī)械特性可調(diào)可調(diào) l調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性表達(dá)式調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性表達(dá)式22222113psresrlslrn U R sTsRRs

13、LLsUl電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比 2.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性的機(jī)械特性圖圖5 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性2.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性的機(jī)械特性l增加轉(zhuǎn)子電阻值，增加轉(zhuǎn)子電阻值，臨界轉(zhuǎn)差率加大，臨界轉(zhuǎn)差率加大，可以擴(kuò)大恒轉(zhuǎn)矩負(fù)可以擴(kuò)大恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的調(diào)速范圍，載下的調(diào)速范圍，這種高轉(zhuǎn)子電阻電這種高轉(zhuǎn)子電阻電動機(jī)又稱作交流力動機(jī)又稱作交流力矩電動機(jī)。矩電動機(jī)。l缺點(diǎn)是機(jī)械特性缺點(diǎn)是機(jī)械特性較軟。較軟。 圖圖6 高轉(zhuǎn)子電阻電動機(jī)（交流力矩電高轉(zhuǎn)子電阻電動機(jī)（交流力矩電動機(jī)）在不同電

14、壓下的機(jī)械特性動機(jī)）在不同電壓下的機(jī)械特性軟軟起動器起動器l當(dāng)電壓降低時，起動電流將隨電壓成正比當(dāng)電壓降低時，起動電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開起動電流沖擊的高地降低，從而可以避開起動電流沖擊的高峰。峰。l起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更多，降壓起的減小將比起動電流的降低更多，降壓起動時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。動時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。l降壓起動只適用于中、大容量電動機(jī)空載降壓起動只適用于中、大容量電動機(jī)空載（或輕載）起動的場合。（或輕載）起動的場合。3 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速l變壓變頻調(diào)

15、速是改變異步電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速變壓變頻調(diào)速是改變異步電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化ppnnfn260601113.1 變壓變頻調(diào)速的基本原理變壓變頻調(diào)速的基本原理l異步電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速異步電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速 1111(1)ns nnsnnnl穩(wěn)態(tài)速降穩(wěn)態(tài)速降 1snn 隨負(fù)載大小變化隨負(fù)載大小變化 氣隙磁通氣隙磁通控制控制l只要控制只要控制14.44SgsmNEf N k14.44SsgsmNUEf N k便可控制氣隙磁通便可控制氣隙磁通 基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l當(dāng)異步電動機(jī)在基頻（額定頻率）以下運(yùn)當(dāng)異步電動機(jī)在基頻（額定頻率）以下運(yùn)行時，

16、如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果磁通過大，又的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果磁通過大，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電機(jī)。嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電機(jī)。l最好是保持每極磁通量為額定值不變。最好是保持每極磁通量為額定值不變?；l以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使 14.44SgsNmNEN kf常值l基頻以下應(yīng)采用電動勢頻率比為恒值的控制方式?；l以下應(yīng)采用電動勢頻率比為恒值的控制方式。l恒壓頻比的控制方式恒壓頻比的控

17、制方式 當(dāng)電動勢值較高時，忽略定子電阻和漏當(dāng)電動勢值較高時，忽略定子電阻和漏感壓降，感壓降，gsEU 基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l低頻補(bǔ)償（低頻轉(zhuǎn)矩提升）低頻補(bǔ)償（低頻轉(zhuǎn)矩提升）低頻時，定子電阻和漏感壓降所占的份低頻時，定子電阻和漏感壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。量比較顯著，不能再忽略。人為地把定子電壓抬高一些，以補(bǔ)償定人為地把定子電壓抬高一些，以補(bǔ)償定子阻抗壓降。子阻抗壓降。負(fù)載大小不同，需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ与妷阂藏?fù)載大小不同，需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ与妷阂膊灰粯?。不一樣。基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l通常在控制軟通常在控制軟件中備有不同件中備有不同斜率的補(bǔ)償特斜率的補(bǔ)償特性，以供用戶性，以供用戶選擇。

18、選擇。a無補(bǔ)償無補(bǔ)償 b帶定子帶定子電壓補(bǔ)償電壓補(bǔ)償圖圖9 恒壓頻比控制特性恒壓頻比控制特性基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速 l在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，受到電機(jī)絕緣耐壓和磁路飽和的限制，受到電機(jī)絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變。持額定電壓不變。l這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，使得異步電動機(jī)工作在弱磁狀態(tài)。使得異步電動機(jī)工作在弱磁狀態(tài)。變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速 圖圖10 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性3.2 變壓變頻調(diào)速時

19、的機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速時的機(jī)械特性l基頻以下采用恒壓頻比控制基頻以下采用恒壓頻比控制 異步電動機(jī)機(jī)械特性方程式改寫為異步電動機(jī)機(jī)械特性方程式改寫為22122121)()(3lrlsrsrspeLLsRsRRsUnT變壓變頻調(diào)速時的機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速時的機(jī)械特性圖圖5-11 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速l在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”方式。方式。l在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，由于轉(zhuǎn)速允許

20、輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，由于轉(zhuǎn)速上升，允許輸出功率基本恒定，屬于上升，允許輸出功率基本恒定，屬于“近似的恒功率調(diào)速近似的恒功率調(diào)速”方式。方式。3.3 基頻以下電壓補(bǔ)償控制基頻以下電壓補(bǔ)償控制 l在基頻以下運(yùn)行時，采用恒壓頻比的控在基頻以下運(yùn)行時，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優(yōu)點(diǎn)。制方法具有控制簡便的優(yōu)點(diǎn)。l但負(fù)載的變化時定子壓降不同，將導(dǎo)致但負(fù)載的變化時定子壓降不同，將導(dǎo)致磁通改變，須采用定子電壓補(bǔ)償控制。磁通改變，須采用定子電壓補(bǔ)償控制。l根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。保持磁通恒定。三種磁通三種磁通l氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動

21、勢氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 14.44SgsmNEf N kl定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢動勢 l轉(zhuǎn)子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 14.44SssmsNEf N k14.44SrsmrNEf N k不同控制方式下的機(jī)械特性不同控制方式下的機(jī)械特性 圖圖5-13 異步電動機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性異步電動機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性a）恒壓頻比控制）恒壓頻比控制b）恒定子磁通控）恒定子磁通控制制c）恒氣隙磁通控）恒氣隙磁通控制制d）恒轉(zhuǎn)子磁通控）恒轉(zhuǎn)子磁通控制制不同控制方式的比較不同控制方式的

22、比較 l恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機(jī)械恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當(dāng)提夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。不同控制方式下的比較不同控制方式下的比較l恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。雜一些。l恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機(jī)械特性還

23、是非線性改善了低速性能。但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。l恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵電動機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。電動機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器l異步電動機(jī)變頻調(diào)速需要電壓與頻率均異步電動機(jī)變頻調(diào)速需要電壓與頻率均可調(diào)的交流電源，常用的交流可調(diào)電源可調(diào)的交流電源，常用的交流可調(diào)電源是由電力電子器件構(gòu)成的靜止式功率變是由電力電子器件構(gòu)成的靜止式功率變換器，一般稱為變頻器。換器，一般稱為變頻器。4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器l交交-直直-交變頻器：先將

24、恒壓恒頻的交流交變頻器：先將恒壓恒頻的交流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率均為可調(diào)的交流，稱作間接變頻。頻率均為可調(diào)的交流，稱作間接變頻。l交交-交變頻器：將恒壓恒頻的交流電直交變頻器：將恒壓恒頻的交流電直接變換為電壓與頻率均為可調(diào)的交流電，接變換為電壓與頻率均為可調(diào)的交流電，無需中間直流環(huán)節(jié)，稱作直接變頻。無需中間直流環(huán)節(jié)，稱作直接變頻。4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器圖圖14 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a）交）交-直直-交交變頻器變頻器 b）交）交-交變頻器交變頻器 4.1 PWM變頻器主回路變頻器主回路圖圖15 交交-直直-交變頻器主

25、回路結(jié)構(gòu)圖交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖4.1 PWM變頻器主回路變頻器主回路l左邊是不可控整流橋，將三相交流電整流成電壓恒定左邊是不可控整流橋，將三相交流電整流成電壓恒定的直流電壓。的直流電壓。l右邊是逆變器，將直流電壓變換為頻率與電壓均可調(diào)右邊是逆變器，將直流電壓變換為頻率與電壓均可調(diào)的交流電。的交流電。l中間的濾波環(huán)節(jié)是為了減小直流電壓脈動而設(shè)置的。中間的濾波環(huán)節(jié)是為了減小直流電壓脈動而設(shè)置的。l主回路只有一套可控功率級，具有結(jié)構(gòu)、控制方便的主回路只有一套可控功率級，具有結(jié)構(gòu)、控制方便的優(yōu)點(diǎn)，采用脈寬調(diào)制的方法，輸出諧波分量小。優(yōu)點(diǎn)，采用脈寬調(diào)制的方法，輸出諧波分量小。l缺點(diǎn)是當(dāng)電動機(jī)工作在回饋制

26、動狀態(tài)時能量不能回饋缺點(diǎn)是當(dāng)電動機(jī)工作在回饋制動狀態(tài)時能量不能回饋至電網(wǎng)，造成直流側(cè)電壓上升，稱作泵升電壓。至電網(wǎng)，造成直流側(cè)電壓上升，稱作泵升電壓。直流母線供電直流母線供電l采用直流母線供電給多臺逆變器，可以減少采用直流母線供電給多臺逆變器，可以減少整流裝置的電力電子器件，逆變器從直流母線整流裝置的電力電子器件，逆變器從直流母線上汲取能量，還可以通過直流母線來實現(xiàn)能量上汲取能量，還可以通過直流母線來實現(xiàn)能量平衡，提高整流裝置的工作效率。平衡，提高整流裝置的工作效率。l當(dāng)某個電動機(jī)工作在回饋制動狀態(tài)時，直流當(dāng)某個電動機(jī)工作在回饋制動狀態(tài)時，直流母線能將回饋的能量送至其他負(fù)載，實現(xiàn)能量母線能將回

27、饋的能量送至其他負(fù)載，實現(xiàn)能量交換，有效地抑制泵升電壓。交換，有效地抑制泵升電壓。直流母線供電直流母線供電圖圖16 直流母線方式的變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖直流母線方式的變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖能量回饋與泵升電壓能量回饋與泵升電壓l采用不可控整流的交采用不可控整流的交-直直-交變頻器，能量不能從直流側(cè)回饋至電網(wǎng)，交變頻器，能量不能從直流側(cè)回饋至電網(wǎng)，交流電動機(jī)工作在發(fā)電制動狀態(tài)時，能量從電動機(jī)側(cè)回饋至直流側(cè)，交流電動機(jī)工作在發(fā)電制動狀態(tài)時，能量從電動機(jī)側(cè)回饋至直流側(cè)，導(dǎo)致直流電壓上升，稱為泵升電壓。導(dǎo)致直流電壓上升，稱為泵升電壓。l電動機(jī)儲存的動能較大、制動時間較短或電動機(jī)長時間工作在發(fā)電制電動機(jī)儲存的動能

28、較大、制動時間較短或電動機(jī)長時間工作在發(fā)電制動狀態(tài)時，泵升電壓很高，嚴(yán)重時將損壞變頻器。動狀態(tài)時，泵升電壓很高，嚴(yán)重時將損壞變頻器。l在直流側(cè)并入一個制動電阻，當(dāng)泵升電壓達(dá)到一定值時，開通與制在直流側(cè)并入一個制動電阻，當(dāng)泵升電壓達(dá)到一定值時，開通與制動電阻相串聯(lián)的功率器件，通過制動電阻釋放電能，以降低泵升電壓。動電阻相串聯(lián)的功率器件，通過制動電阻釋放電能，以降低泵升電壓。l在直流側(cè)并入一組晶閘管有源逆變器或采用在直流側(cè)并入一組晶閘管有源逆變器或采用PWM可控整流，當(dāng)泵升可控整流，當(dāng)泵升電壓升高時，將能量回饋至電網(wǎng)，以限制泵升電壓。電壓升高時，將能量回饋至電網(wǎng)，以限制泵升電壓。泵升電壓的限制泵升

29、電壓的限制圖圖36 帶制動電阻的交帶制動電阻的交-直直-交變頻器主回路交變頻器主回路泵升電壓的限制泵升電壓的限制圖圖38 PWM可控整流的交可控整流的交-直直-交變頻器主回路交變頻器主回路對電網(wǎng)的污染對電網(wǎng)的污染 l由于直流側(cè)存在較大的濾波電容，只有當(dāng)輸入交流線電壓幅值大于電容由于直流側(cè)存在較大的濾波電容，只有當(dāng)輸入交流線電壓幅值大于電容電壓時，才有充電電流流通，交流電壓低于電容電壓時，電流便終止。電壓時，才有充電電流流通，交流電壓低于電容電壓時，電流便終止。l電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。圖圖39 電網(wǎng)側(cè)輸入電流波形電網(wǎng)側(cè)輸入電流波形

30、4.2 脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)技術(shù)l現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。l基本思想是控制逆變器中電力電子器件的開通或關(guān)斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓。4.2正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)l以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。三角波作為載波。l由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得

31、幅值相等、寬度按正弦規(guī)律時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse Width Modulation，簡稱，簡稱SPWM）。）。4.2 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)圖圖17 三相三相PWM逆變器逆變器雙極性雙極性SPWM波形波形a) 三相正弦調(diào)制波與雙極性三角載三相正弦調(diào)制波與雙極性三角載波波b）、）、c）、）、d）三相電壓）三相電壓e）輸出線電壓）輸出線電壓f）電動機(jī)相電壓）電動機(jī)相電壓4.3 電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)控制技術(shù)l電流跟蹤電流跟

32、蹤PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原來主回路的基礎(chǔ)上，）的控制方法是：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。l在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。獲得更好的性能。4.3 電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)控制技術(shù)圖圖19 電流滯環(huán)跟蹤控制的電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖相原理圖4.3 電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)控制技術(shù)l電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為

33、電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。將。將給定電流與輸出電流進(jìn)行比較，電流偏差超過給定電流與輸出電流進(jìn)行比較，電流偏差超過h時，經(jīng)滯環(huán)控制器時，經(jīng)滯環(huán)控制器HBC控制逆變器上（或下）控制逆變器上（或下）橋臂的功率器件動作。橋臂的功率器件動作。電流電流跟蹤跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)控制技術(shù)圖圖20 電流滯環(huán)跟蹤控制時的三相電流滯環(huán)跟蹤控制時的三相電流波形與相電壓電流波形與相電壓PWM波形波形l電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高、響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)。但功高、響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。電流電流跟蹤跟蹤PWM（CFPWM）

34、控制技術(shù)控制技術(shù)l電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的寬度有關(guān)，同電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的寬度有關(guān)，同時還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。時還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。l當(dāng)環(huán)寬選得較大時，開關(guān)頻率低，但電流波當(dāng)環(huán)寬選得較大時，開關(guān)頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；形失真較多，諧波分量高；l如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關(guān)頻率如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關(guān)頻率卻增大了。卻增大了。l實際使用中，應(yīng)在器件開關(guān)頻率允許的前提實際使用中，應(yīng)在器件開關(guān)頻率允許的前提下，盡可能選擇小的環(huán)寬。下，盡可能選擇小的環(huán)寬。4.4 電壓空間電壓空間矢量矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)l把逆

35、變器和交流電動機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為把逆變器和交流電動機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈磁鏈跟蹤控制跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的，所以又稱電壓空間矢量實現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制）控制”?？臻g矢量的定義空間矢量的定義l交流電動機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時交流電動機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定間變化

36、的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。義為空間矢量。l 定義三相定子電壓空間矢量定義三相定子電壓空間矢量 2AOjBOjCOkukuekueAOBOCOuuu32k為待定系數(shù)為待定系數(shù) 空間矢量的合成空間矢量的合成l三相合成矢量三相合成矢量2jjAOBOCOkuku eku esAOBOCOuuuu圖圖21 電壓空間矢量電壓空間矢量000AOBOCOuuu的合成矢量的合成矢量 空間矢量表達(dá)式空間矢量表達(dá)式 l當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量112111224cos()cos()cos()33332jjmmmjtjt

37、msUtUteUteU eU esAOBOCOuuuu空間矢量表達(dá)式空間矢量表達(dá)式 l以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值 l在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機(jī)轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機(jī)轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)?？臻g矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。32smUU電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 l合成空間矢量表示的定子電壓方程式合成空間矢量表示的定子電壓方程式 l忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合

38、成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為dtdRssssiudtdssu dtssu或或電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 l當(dāng)電動機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時，電動機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其當(dāng)電動機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時，電動機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓）。圓）。l定子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄗ哟沛準(zhǔn)噶?(1tjsesl定子電壓矢量定子電壓矢量111()()()211()jtsjtjtssdedtjeesu電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系電壓與

39、磁鏈空間矢量的關(guān)系 圖圖22 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運(yùn)動軌跡間矢量的運(yùn)動軌跡圖圖23 電壓矢量圓軌跡電壓矢量圓軌跡電壓空間矢量電壓空間矢量 l直流電源中點(diǎn)直流電源中點(diǎn)O和交流電動機(jī)中點(diǎn)和交流電動機(jī)中點(diǎn)O的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式相等。相等。l因此，三相合成電壓空間矢量與參考點(diǎn)無關(guān)。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點(diǎn)無關(guān)。222222()32()()()322(1)()33jjAOBOCOjjAOOBOOCOOjjjjjjABCOOABCuu eu euuuueuueuu eu eueeuu eu esAOBOCOuuuu8個基本空間矢

40、量個基本空間矢量lPWM逆變器共有逆變器共有8種工作狀態(tài)種工作狀態(tài) 當(dāng)當(dāng) 100ABCSSSuuu222dddABCUUU2423322(1)(1)3 23 2224242(1 coscos)(sinsin)3 233333jjjjddddUUeeeeUjU1u8個基本空間矢量個基本空間矢量依此類推，可得依此類推，可得8個基本空間矢量個基本空間矢量 。當(dāng)當(dāng) 1 10ABCSSSuuu222dddABCUUU2423332(1)(1)3 2222424(1 coscos)(sinsin)3 2333322(13)3 23jjjjdddjddUUeeeeUjUjU e2u8個基本空間矢量個基本空間

41、矢量l2個零矢量個零矢量l6個有效工作矢量個有效工作矢量07uu、16uu幅值為幅值為 23dU空間互差空間互差 3基本電壓空間矢量圖基本電壓空間矢量圖圖圖24 基本電壓空間矢量圖基本電壓空間矢量圖正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 l6個有效工作矢量完成一個周期，輸出基波電壓角頻率個有效工作矢量完成一個周期，輸出基波電壓角頻率 l6個有效工作矢量個有效工作矢量16uu每個有效工作矢量作用每個有效工作矢量作用 3順序分別作用順序分別作用t時間，并使時間，并使 13tt31正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 k=1,2,3,4,5,6 l定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽慷ㄗ哟沛準(zhǔn)噶康脑隽?tss

42、= u(1)3( )( )23sskjdkktUt e ul定子磁鏈?zhǔn)噶窟\(yùn)動方向與電壓矢量相同，增量的幅值等于定子磁鏈?zhǔn)噶窟\(yùn)動方向與電壓矢量相同，增量的幅值等于23dUt正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 l定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動軌跡為定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動軌跡為 圖圖25 定子磁鏈?zhǔn)噶吭隽慷ㄗ哟沛準(zhǔn)噶吭隽?1)( )( )( )( )ssssskkkkk t u正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 圖圖26 正六邊形定子磁鏈軌跡正六邊形定子磁鏈軌跡l在一個周期內(nèi)，在一個周期內(nèi)，6個有效工作個有效工作矢量順序作用一次，定子磁鏈?zhǔn)噶宽樞蜃饔靡淮危ㄗ哟沛準(zhǔn)噶渴且粋€封閉的正六邊形。矢量是一個封閉

43、的正六邊形。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 l正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正比，而與電源角頻率成反比。正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正比，而與電源角頻率成反比。 1|( )| |( )| | ( )|2233 3ssddkkktUUt u正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 122|( )| |( )| | ( )|33 3dssdUkkktUt ul在基頻以下調(diào)速時，應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。在基頻以下調(diào)速時，應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。l若直流側(cè)電壓恒定，則若直流側(cè)電壓恒定，則1越小時，越小時， t越大，勢必導(dǎo)致越大，勢必導(dǎo)致 增大。增大。正六

44、邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 1dU常數(shù)l要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使 l在變頻的同時必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復(fù)雜性。在變頻的同時必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復(fù)雜性。正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 l有效的方法是插入零矢量有效的方法是插入零矢量l當(dāng)零矢量作用時，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽慨?dāng)零矢量作用時，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽勘砻鞫ㄗ哟沛準(zhǔn)噶客Ａ舨粍?。表明定子磁鏈?zhǔn)噶客Ａ舨粍印?0s =正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 l有效工作矢量作用時間有效工作矢量作用時間當(dāng) tt1l零矢量作用時間零矢量作用時間10ttt1110()3ttt l

45、定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛槎ㄗ哟沛準(zhǔn)噶康脑隽繛?1)31012( )( )3kjssdkkttUt e u0正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 l在時間在時間t1段內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E沿著有效工作電壓矢量方向運(yùn)行。段內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E沿著有效工作電壓矢量方向運(yùn)行。l在時間在時間t0段內(nèi)，零矢量起作用，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留在原地，等待下段內(nèi)，零矢量起作用，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留在原地，等待下一個有效工作矢量的到來。一個有效工作矢量的到來。l正六邊形定子磁鏈的最大值正六邊形定子磁鏈的最大值112|( )| |( )| |( )|3sssdkkktUt u正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 l

46、在直流電壓不變的條件下，要保持在直流電壓不變的條件下，要保持l輸出頻率越低，輸出頻率越低，t越大，零矢量作用時間越大，零矢量作用時間t0也越大，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停也越大，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留的時間越長。留的時間越長。l由此可知，由此可知，零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的矛盾零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。| )(|ks恒定，只要使恒定，只要使t1為常數(shù)即可。為常數(shù)即可。期望電壓空間矢量的合成期望電壓空間矢量的合成 l六邊形旋轉(zhuǎn)磁場帶有較大的諧波分量，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩六邊形旋轉(zhuǎn)磁場帶有較大的諧波分量，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的脈動。與轉(zhuǎn)速的脈動。l要獲得更多邊

47、形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更要獲得更多邊形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更多的空間位置不同的電壓空間矢量以供選擇。多的空間位置不同的電壓空間矢量以供選擇。lPWM逆變器只有逆變器只有8個基本電壓矢量，能否用這個基本電壓矢量，能否用這8個基個基本矢量合成出其他多種不同的矢量呢？本矢量合成出其他多種不同的矢量呢？l按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個有按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個有效工作矢量合成期望的輸出矢量，這就是電壓空間矢量效工作矢量合成期望的輸出矢量，這就是電壓空間矢量PWM（SVPWM）的基本思想。）的基本思想。l按按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六

48、個扇個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，當(dāng)期望輸出電壓矢量落在某個扇區(qū)內(nèi)時，就用與期區(qū)，當(dāng)期望輸出電壓矢量落在某個扇區(qū)內(nèi)時，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的望輸出電壓矢量相鄰的2個有效工作矢量等效地合成期個有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。望輸出矢量。期望電壓空間矢量的合成期望電壓空間矢量的合成 圖圖27 電壓空間矢量的電壓空間矢量的6個扇區(qū)個扇區(qū)l按按6個有效工作矢量將電壓個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)3期望電壓空間矢量的合成期望電壓空間矢量的合成 l基本電壓空間矢量基本電壓空間矢量圖圖28 期望輸出電壓矢量的合

49、成期望輸出電壓矢量的合成l期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的夾角夾角 的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量 1u2usu期望電壓空間矢量的合成期望電壓空間矢量的合成 l在一個開關(guān)周期在一個開關(guān)周期 T0圖28 期望輸出電壓矢量的合成的作用時間的作用時間 1u2u1t的作用時間的作用時間 2t121200123002233sjddttTTttUU eTTuuul合成電壓矢量合成電壓矢量期望電壓空間矢量的合成期望電壓空間矢量的合成 l由正弦定理可得由正弦定理可得解得解得 120022332sinsin()sin33ddsttUUTTus012sin()

50、3du TtUs022usindTtUl零矢量的作用時間零矢量的作用時間 2100ttTt期望電壓空間矢量的合成期望電壓空間矢量的合成 l兩個基本矢量作用時間之和應(yīng)滿足兩個基本矢量作用時間之和應(yīng)滿足當(dāng)當(dāng) l輸出電壓矢量最大幅值輸出電壓矢量最大幅值 ss1202u2usin()sin cos()136ddttTUU6120ttTsmax2dUu期望電壓空間矢量的期望電壓空間矢量的合成 l當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量幅值當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量幅值 l基波相電壓最大幅值基波相電壓最大幅值 l基波線電壓最大幅值基波線電壓最大幅值 32smUUmaxmax3lm

51、mdUUUmaxmax233dmsUUu期望電壓空間矢量的合成期望電壓空間矢量的合成 lSPWM的基波線電壓最大幅值為的基波線電壓最大幅值為 兩者之比兩者之比 lSVPWM方式的逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比方式的逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比SPWM逆逆變器輸出電壓最多提高了約變器輸出電壓最多提高了約15%。23maxdlmUU1.1532maxmaxlmlmUUSVPWM的實現(xiàn)的實現(xiàn) l通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，來安排通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，來安排基本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次基本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同

52、時，盡量使數(shù)的同時，盡量使PWM輸出波型對稱，以減少諧波輸出波型對稱，以減少諧波分量。分量。 零矢量集中的實現(xiàn)方法零矢量集中的實現(xiàn)方法 l按照對稱原則，將兩個基本電壓矢量的作用時間平分為按照對稱原則，將兩個基本電壓矢量的作用時間平分為二后，安放在開關(guān)周期的首端和末端。二后，安放在開關(guān)周期的首端和末端。l零矢量的作用時間放在開關(guān)周期的中間，并按開關(guān)次數(shù)零矢量的作用時間放在開關(guān)周期的中間，并按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇零矢量。最少的原則選擇零矢量。l在一個開關(guān)周期內(nèi)，有一相的狀態(tài)保持不變，從一個矢在一個開關(guān)周期內(nèi)，有一相的狀態(tài)保持不變，從一個矢量切換到另一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化，因而量切換到另

53、一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化，因而開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗小開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗小。 零矢量集中的實現(xiàn)方法零矢量集中的實現(xiàn)方法 圖圖29 零矢量集中的零矢量集中的SVPWM實現(xiàn)實現(xiàn)零矢量分散的實現(xiàn)方法零矢量分散的實現(xiàn)方法 l將零矢量平均分為將零矢量平均分為4份，在開關(guān)周期的首、尾各放份，在開關(guān)周期的首、尾各放1份，份，在中間放兩份。在中間放兩份。l將兩個基本電壓矢量的作用時間平分為二后，插在零將兩個基本電壓矢量的作用時間平分為二后，插在零矢量間。矢量間。l按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇矢量。按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇矢量。零矢量分散的實現(xiàn)方法零矢量分散的實現(xiàn)方法 圖圖30 零矢量分布的零矢量分布的SV

54、PWM實現(xiàn)實現(xiàn)零矢量分散的實現(xiàn)方法零矢量分散的實現(xiàn)方法 l每個周期均以零矢量開始，并以零矢量結(jié)束。每個周期均以零矢量開始，并以零矢量結(jié)束。l從一個矢量切換到另一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生從一個矢量切換到另一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化。變化。l在一個開關(guān)周期內(nèi)，三相狀態(tài)均各變化一次，開關(guān)損在一個開關(guān)周期內(nèi)，三相狀態(tài)均各變化一次，開關(guān)損耗略大于零矢量集中的方法。耗略大于零矢量集中的方法。SVPWM控制的定子磁鏈控制的定子磁鏈 l將占據(jù)將占據(jù)/3的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E等分為的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E等分為N個小區(qū)間，每個小區(qū)間所占的時間個小區(qū)間，每個小區(qū)間所占的時間 NT103l定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E為正定子磁鏈

55、矢量軌跡為正6N邊形，軌跡更接近于圓，諧波分量小，能有效減邊形，軌跡更接近于圓，諧波分量小，能有效減小轉(zhuǎn)矩脈動。小轉(zhuǎn)矩脈動。SVPWM控制的定子磁鏈控制的定子磁鏈 l在每個小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)冈诿總€小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛榱康脑隽繛閳D圖31 期望的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E期望的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 0)()(Tkkssu 非基本電壓矢非基本電壓矢量，必須用兩個基量，必須用兩個基本矢量合成。本矢量合成。( )skuSVPWM控制的定子磁鏈控制的定子磁鏈 l為了產(chǎn)生為了產(chǎn)生 l定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛槎ㄗ哟沛準(zhǔn)噶康脑隽繛?(0)s51212361000022(0)33jsddttttU eUTTTTuuu5

56、3016211222(0)(0)33jssddTtttU etUuuu7步完成步完成的定子磁鏈的定子磁鏈 圖圖32定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動的的7步軌跡步軌跡211616211.(0,1)02.(0,2)23.(0,3)2(0,*)4.(0,4)05.(0,5)26.(0,6)27.(0,7)0ssssssssttttuuuuSVPWM控制的定子磁鏈控制的定子磁鏈 弧度內(nèi)實際的定子弧度內(nèi)實際的定子圖圖33 N=4時，實際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E時，實際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E3磁鏈?zhǔn)噶寇壽E磁鏈?zhǔn)噶寇壽E l定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E SVPWM控制的定子磁鏈控制的定子磁鏈 弧度的定子圖圖34

57、 定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 02l定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E SVPWM控制的定子磁鏈控制的定子磁鏈 l實際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周圍波動。實際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周圍波動。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關(guān)頻率隨之增大。越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關(guān)頻率隨之增大。l由于由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。可能等于圓。SVPWM控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn) l 8個基本輸出矢量，個基本輸出矢量，6個有效工作矢量和個有效工作矢量和2個零矢量，個零矢量，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量只作用在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量只作用1次的次的方式，生成正方式，生成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動。轉(zhuǎn)矩脈動。l 用相鄰的用相鄰的2個有效工作矢量，合成任意的期望輸出電個有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開關(guān)周期