运控系统12第4章第2讲及作业

1、1运动控制系统运动控制系统第第2 2篇篇 交流调速系统交流调速系统第第2 2讲讲电压空间矢量电压空间矢量SVPWM控制技术控制技术24.2 4.2 交流交流PWM变频技术变频技术4.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术 P153P153 序序 前述正弦前述正弦SVPWM控制方式，追求的目标是使变压变频器的输出电压尽量接近正弦控制方式，追求的目标是使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波形，未考虑输出电流的实际波形；电流跟踪波形，未考虑输出电流的实际波形；电流跟踪CFPWM控制方式使输出电流接近正弦控制方式使输出电流接近正弦波形，但电流是在目标正弦

2、波曲线上下波动变化。波形，但电流是在目标正弦波曲线上下波动变化。 为使电动机平滑稳定旋转，根本目标应是在电动机气隙空间形成为使电动机平滑稳定旋转，根本目标应是在电动机气隙空间形成“正圆形正圆形”的旋转的旋转磁场，具备恒定电磁转矩的运行状态。磁场，具备恒定电磁转矩的运行状态。 电机的电机的“旋转磁场运动轨迹曲线旋转磁场运动轨迹曲线”：定子磁场的磁链矢量绕空间轴旋转，矢量终端：定子磁场的磁链矢量绕空间轴旋转，矢量终端在空间的轨迹曲线的形状表征旋转磁场是否平稳，即是否成在空间的轨迹曲线的形状表征旋转磁场是否平稳，即是否成“正圆正圆”。如果非正圆，。如果非正圆，说明磁链的大小在一周有波动，电磁转矩不平

3、稳。说明磁链的大小在一周有波动，电磁转矩不平稳。 把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋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，这种控制方法称作转磁场来控制逆变器的工作，这种控制方法称作“磁链磁链跟踪控制跟踪控制”，磁链的轨迹是顺次使用不同的电压空间矢，磁链的轨迹是顺次使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称量得到的，所以又称“电压空间矢量电压空间矢量SVPWM控制控制”。34.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术 P153P1531.1.定子相电压空间矢量的定义定子相电压空间矢量的定义 交流电动机绕组的各相

4、相电压量是随时间变化的正弦量，把它们定义成矢交流电动机绕组的各相相电压量是随时间变化的正弦量，把它们定义成矢量，并与电机绕组的空间位置结合起来，放在空间位置坐标系中来分析矢量量，并与电机绕组的空间位置结合起来，放在空间位置坐标系中来分析矢量在空间的运动在空间的运动( (取转子轴线法平面建立坐标系取转子轴线法平面建立坐标系) )，叫，叫“空间矢量分析法空间矢量分析法”。 B0Cm1m1m0A01 (120cos()cos(12“” 0 )cos(24UtUtUuutu o的的定定义义：设设三三个个正正弦弦相相电电压压为为三三个个空空间间矢矢量量：、 这这三三个个电电压压空空间间矢矢量量的的模模和

5、和角角定定义义如如下下：大大小小) )：随随时时间间正正弦弦规规律律变变化化，时时间间相相位位彼彼此此相相差差 三三个个模模：定定子子相相电电压压、空空间间矢矢量量模模A0m021cos() 0 ) 120jjjeeeuUt o ( (方方向向) )：方方向向线线固固定定在在各各相相绕绕组组的的轴轴线线上上，空空间间位位置置彼彼此此相相 差差三三个个空空间间角角度度：用用常常量量复复指指数数表表示示角角度度：、 即即：角角B0m12C01m cos(2/ 3) cos(4/ 3) jjuUteuUte 其其中中是是三三相相电电压压的的角角频频率率44.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢

6、量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术 P153P153“合成电压空间矢量合成电压空间矢量”的定义：的定义： 三相定子电压空间矢量三相定子电压空间矢量uAO、uBO、uCO相加得相加得到的合成矢量到的合成矢量us是一个随时间旋转的空间矢量，是一个随时间旋转的空间矢量， 其转速其转速= =电源角频率电源角频率1 1。 其幅值固定不变，是相电压幅值的其幅值固定不变，是相电压幅值的3/23/2倍。倍。 us可用下面数学推导获得：可用下面数学推导获得：（参考（参考PPTPPT的的P29P29作业第作业第1010题）题）11s sA0B0C02m1m1m1 s1m1m24 cos()cos()c

7、os()33 1201.5 1.5 jtjjjtuuuu=UtUteUteu eUttuU e 当当定定子子接接入入三三相相平平衡衡正正弦弦电电源源时时，可可以以写写作作：其其中中电电源源角角频频率率， 合合成成矢矢量量的的模模：恒恒值值常常量量 合合成成矢矢量量的的空空间间角角度度：随随时时间间 绕绕转转子子轴轴线线在在空空间间旋旋转转。 当当某某一一相相电电压压为为最最大大值值o时时，合合成成矢矢量量落落在在该该相相轴轴线线上上。54.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术2.2.电压空间矢量与磁链空间矢量的关系电压空间矢量与磁链空间矢量的

8、关系 P154P154 与定子电压空间矢量相仿，可定义定子电流和磁链的合成空间矢量与定子电压空间矢量相仿，可定义定子电流和磁链的合成空间矢量Is和和s。ssssCABAABBCCsABCsss ; ; d ddduRiuRiu uR IdRidtdtdtuuuuu tI 对对异异步步电电机机每每一一相相都都可可写写出出电电压压平平衡衡方方程程：求求三三相相电电压压平平衡衡方方程程的的矢矢量量和和: : 可可得得：其其中中：定定子子三三相相电电压压合合成成空空间间矢矢量量；：定定子子三三相相电电流流合合成成空空间间矢矢量量；：定定子子三三相相磁磁链链合合成成空空间间矢矢量量。当当电电ssssss

9、 R Idudtu dt动动机机转转速速不不是是很很低低时时，定定子子电电阻阻压压降降在在上上式式中中所所占占的的成成分分很很小小，可可忽忽略略不不计计，则则定定子子合合成成电电压压与与合合成成磁磁链链空空间间矢矢量量的的近近似似关关系系为为： 或或合合成成磁磁链链矢矢量量是是电电 = = 压压矢矢量量的的累累积积结结果果64.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术2.2.电压空间矢量与磁链空间矢量的关系电压空间矢量与磁链空间矢量的关系( (续续) P154) P154 当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其当电动机由三相

10、平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其合成合成磁磁链链空间矢量以恒速旋转。空间矢量以恒速旋转。合成合成磁链空间磁链空间矢量端点的运动矢量端点的运动轨迹轨迹呈圆形呈圆形( (简称为磁链圆简称为磁链圆) )。定子定子合成合成磁链空间磁链空间矢量可写作：矢量可写作：11111j()smj()2s1mm1j()jsm1mjsmm11sm(e )j eee1.51.5etttttuddtuUuU ：是是定定子子磁磁链链合合成成矢矢量量的的幅幅值值 ：是是其其旋旋转转角角速速度度 ：是是定定子子磁磁链链合合成成矢矢量量的的空空间间角角度度。将将代代入入电电压压平平衡衡方方程程得得： 上上式式表表明

11、明：磁磁链链合合成成矢矢量量的的幅幅值值 （由由 = = ）ssu 的的方方向向与与磁磁链链合合成成矢矢量量正正交交，即即磁磁链链 圆圆的的切切 线线方方向向。74.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术2.2.电压空间矢量与磁链空间矢量的关系电压空间矢量与磁链空间矢量的关系( (续续) P154) P154 如下图所示，当如下图所示，当合成合成磁链磁链空间空间矢量在空间旋转一周时，矢量在空间旋转一周时，合成合成电压电压空间空间矢量矢量也连续地按也连续地按合成合成磁链磁链空间矢量空间矢量端点轨迹圆的切线方向运动一周。把端点轨迹圆的切线方向运动一

12、周。把合成合成电压电压空间空间矢量的参考点重合放在一起，则电压矢量的参考点重合放在一起，则电压空间空间矢量端点的运动轨迹也是一个矢量端点的运动轨迹也是一个园。园。 这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可以转化为电压空间矢量的运动轨迹这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可以转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。问题。 84.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术3.3.三相三相PWMPWM逆变器的基本输出电压矢量逆变器的基本输出电压矢量 P155P155 常规的常规的6 6开关的开关的PWMPWM变压变频器，如果采用变压变频器，如果采用180180导通型，任

13、何时刻总是有三只开关管导通，输出六拍导通型，任何时刻总是有三只开关管导通，输出六拍阶梯波的三相逆变交流电。每一拍的合成电压空间矢阶梯波的三相逆变交流电。每一拍的合成电压空间矢量叫量叫“基本输出电压矢量基本输出电压矢量un”。加上三只上管同时导。加上三只上管同时导通和三只下管同时导通的两个无效状态通和三只下管同时导通的两个无效状态( (逆变器没有逆变器没有输出输出) )，共计有，共计有8 8个开关状态如下表所示。个开关状态如下表所示。 对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期中中6 6种有效的工作状态各出现一次。逆变器每隔种有效的工作状态各出现一次。逆

14、变器每隔 /3/3时刻就切换一次工作状态时刻就切换一次工作状态( (即换相即换相) )，而，而在这在这 /3/3时段时段内则保持输出不变内则保持输出不变。 94.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术4.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场 P156P156 六拍阶梯波的六拍阶梯波的6 6开关的开关的PWM变压变频器给电机供电在电变压变频器给电机供电在电机中形成的合成磁链矢量端点轨迹机中形成的合成磁链矢量端点轨迹非正圆非正圆，分析如下：，分析如下：工作状态工作状态100100的合成电压空间矢量的合成电压空间矢量 设工作周期从代码设工作周

15、期从代码100100状态开始，这时状态开始，这时VT6、VT1、VT2导通，其等效电路如右图所示。各相对直流电源中点导通，其等效电路如右图所示。各相对直流电源中点OO的电压都是幅值为的电压都是幅值为 UAO=Ud/2，UBO=UCO=-Ud/2 设三个对设三个对OO点的电压合成空间矢量为点的电压合成空间矢量为u1 1，其幅值等于，其幅值等于Ud，空间方向沿，空间方向沿A轴轴( (即即X X轴轴) )。104.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157工作状态工作状态110110的合成电压空间矢量的合成电压空间矢量 这时这时VT1、VT2、VT3导通，其等效电

16、路如图所示。各相导通，其等效电路如图所示。各相对直流电源中点对直流电源中点OO的电压都是幅值为的电压都是幅值为 UAO=UBO=Ud/2，UCO=-Ud/2 三个对三个对OO点的电压合成空间矢量点的电压合成空间矢量u2 2，其幅值等于，其幅值等于Ud，空间方向空间方向6060114.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157 依此类推，随着变频器依此类推，随着变频器6 6个工作状态的切换，电压空间个工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变，而相位每次跳变矢量的幅值不变，而相位每次跳变 /3/3，直到一个周期结，直到一个周期结束。这样，在一个周期中共有束。这样，

17、在一个周期中共有6 6个方向和大小均固定的基个方向和大小均固定的基本电压空间矢量依次作用，在空间形成一个正六边形，如本电压空间矢量依次作用，在空间形成一个正六边形，如右图蓝色的右图蓝色的6 6个首尾相接的矢量所示。若把它们的起点重个首尾相接的矢量所示。若把它们的起点重合在一点，则合在一点，则6 6个矢量呈六向放射状如右图红色的个矢量呈六向放射状如右图红色的6 6个矢量。个矢量。两种电源在电机中形成旋转磁场的区别：两种电源在电机中形成旋转磁场的区别： 平衡三相正弦电源平衡三相正弦电源：三相正弦电压空间矢量是方向线固三相正弦电压空间矢量是方向线固定而幅值随时间按正弦规律连续变化，其合成电压空间矢定

18、而幅值随时间按正弦规律连续变化，其合成电压空间矢量幅值恒定而方向随时间在空间以量幅值恒定而方向随时间在空间以1 1角速度旋转。角速度旋转。 由磁由磁链矢量与电压矢量的关系可知，形成的合成磁链空间矢量链矢量与电压矢量的关系可知，形成的合成磁链空间矢量的端点轨迹是正圆形的。的端点轨迹是正圆形的。 6 6开关变频器六拍三相电源开关变频器六拍三相电源：在电机中由方向和大小均在电机中由方向和大小均恒定的恒定的6 6个基本电压空间矢量顺次作用形成跳变式旋转的个基本电压空间矢量顺次作用形成跳变式旋转的合成电压空间矢量。由磁链矢量与电压矢量的关系可知，合成电压空间矢量。由磁链矢量与电压矢量的关系可知，形成的合

19、成磁链空间矢量随时间在空间连续旋转但其幅值形成的合成磁链空间矢量随时间在空间连续旋转但其幅值却不是恒定的，其端点轨迹是正六边形的。却不是恒定的，其端点轨迹是正六边形的。124.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157 由六个基本电压空间矢量依次作用所形成的正六边形由六个基本电压空间矢量依次作用所形成的正六边形轨迹也可以看作是异步电动机定子磁链矢量的运动轨迹。轨迹也可以看作是异步电动机定子磁链矢量的运动轨迹。进一步说明如下：进一步说明如下： 这样在这样在 /3/3的的时间结束时得到如图所示的新的磁链时间结束时得到如图所示的新的磁链 2 2。6ssdd ut状

20、状态态变变频频器器的的电电压压空空间间矢矢量量与与磁磁链链矢矢量量的的关关系系：依依据据电电磁磁感感应应定定律律：1111331121111111/dd/ ()uu ttu|u = utu| 设设在在变变频频器器工工作作开开始始时时电电动动机机上上施施加加的的电电压压空空间间矢矢量量为为 ，定定子子磁磁链链空空间间矢矢量量为为。在在第第一一个个期期间间内内，按按照照上上式式可可以以写写成成：也也就就是是说说，在在期期间间所所对对应应的的时时间间内内，施施加加恒恒定定电电压压 的的结结果果是是使使定定子子磁磁链链产产生生一一个个增增量量，其其幅幅值值变变化化与与成成正正比比，方方向向与与一一致致

21、，而而：注注意意是是矢矢量量运运算算134.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157如果如果u1的作用时间的作用时间 t小于小于 /3/3，则，则 1 1的幅值也按比例随的幅值也按比例随 t的的减小而减小，如图中的矢量减小而减小，如图中的矢量 。 可见，在任何时刻，所产生的磁链增量可见，在任何时刻，所产生的磁链增量 的方向决的方向决定于所施加的电压，其幅值则正比于施加电压的时间。定于所施加的电压，其幅值则正比于施加电压的时间。 可以得到的可以得到的结论结论: : 如果交流电动机仅由常规的六拍阶梯波逆变器供电，如果交流电动机仅由常规的六拍阶梯波逆变器供电，磁

22、链轨迹便是六边形的旋转磁场，这显然不如由正弦波磁链轨迹便是六边形的旋转磁场，这显然不如由正弦波供电时所产生的恒定正圆形旋转磁场那样能使电动机获供电时所产生的恒定正圆形旋转磁场那样能使电动机获得均匀稳定的运行性能。得均匀稳定的运行性能。 如果想获得更多边的多边形去逼近圆形的旋转磁场，如果想获得更多边的多边形去逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个期间内增加切换次数，使有更多个工作就必须在每一个期间内增加切换次数，使有更多个工作状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为此，状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为此，必须对逆变器的控制模式进行改造：如三段逼近法，比必须对逆变器的控制模式进行改造：

23、如三段逼近法，比较判断法等，下面介绍较判断法等，下面介绍“基本电压矢量线性组合基本电压矢量线性组合”的方的方法。法。144.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157用用6 6个个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场 为了讨论方便起见，可把逆变器的一个工作周期用为了讨论方便起见，可把逆变器的一个工作周期用6个电压空间矢量个电压空间矢量划分成划分成6个区域，称为个区域，称为扇区扇区(Sector)，如图所示的，如图所示的、，每每个扇区对应的时间均为个扇区对应的时间均为 /3/3。 由于逆变器在各扇区的

24、工作状态都是对称的，分析一个扇区的方法由于逆变器在各扇区的工作状态都是对称的，分析一个扇区的方法可以推广到其他扇区。可以推广到其他扇区。 154.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157用用6 6个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场( (续续) ) 在常规六拍逆变器中每个扇区仅包含在常规六拍逆变器中每个扇区仅包含两个两个开关开关工作状态工作状态( (两个基本电压空间矢量两个基本电压空间矢量) )。 把每一扇区再均分成若干个对应于时间把每一扇区再均分成若干个对应于时间T0的小区间，插入这两个开关

25、工作状态的的小区间，插入这两个开关工作状态的若干个线性组合的新电压空间矢量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，以获得优于正六边形的多边形( (逼近圆形逼近圆形) )旋转旋转磁场磁场。在每个。在每个T0的小区间内，分别让的小区间内，分别让u1作用时间作用时间= =t1，让，让u2作用作用时间作用作用时间= =t2 ( (非严格同非严格同时作用的合成时作用的合成) )。 如图表示由电压空间矢量如图表示由电压空间矢量u1和和u2的线性组合构成新的电压矢量的线性组合构成新的电压矢量us。磁链增量由图中磁链增量由图中的的 1111， 1212， 1313， 1414这这4 4

26、段组成。段组成。在每一段在每一段T0的换相周期内，用两个矢量之和的换相周期内，用两个矢量之和( (u1+ +u2) )表示由两个矢量线性组合后的电压矢量表示由两个矢量线性组合后的电压矢量us，新矢量的相位为，新矢量的相位为 。164.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157用用6 6个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场( (续续) ) 在一个在一个T0 0周期内，设周期内，设u1 1和和u2 2的作用时间分别是的作用时间分别是t1 1和和t2 2。由图可以看出：。由图可以看出： 12123s1

27、2dd000012ddd00122ddd000ss12 (cossin)33 (cos)(sin)33 cossin jtttt uuuU +U eTTTTttU +UjUTTtttU +UjUTTTuj uuu 把把相相电电压压和和的的时时间间函函数数和和空空间间相相位位分分开开写写。 ：12d12s0/ 3(Euler)uuUuuu 和和的的时时间间函函数数都都为为常常量量, , 的的空空间间相相位位角角= ,= ,的的空空间间相相位位角角= =依依据据欧欧拉拉公公式式: :把把指指数数形形式式的的复复数数写写成成三三角角形形式式的的复复数数再再改改写写成成复复数数的的代代数数形形式式(a

28、+jb)(a+jb)用用图图中中的的 描描述述 ： ： 合合成成矢矢量量 ( (三三角角：形形式式的的复复数数) )174.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157用用6 6个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场( (续续) ) 122dddss000122ddsds00012s0s12d(cos)(sin)cossin 33 (cos)cos (sin)sin331 (cossin ) 3tttU +UjUuj uTTTtttU +UuUuTTTttu Tu TttU 由由复复数数等等式式：

29、令令实实部部和和虚虚部部分分别别相相等等得得：联联立立两两个个方方程程解解得得两两个个时时间间参参数数 和和 用用 表表和和示示的的计计算算式式：和和0s0dd00001200120782sinsin3sin3 1. / 32 3. 4()()u TUUTTTTt + tTTt + ttuu 计计算算参参数数的的确确定定：在在的的期期间间内内均均分分为为多多少少个个小小周周期期，由由设设计计者者确确定定。小小周周期期越越多多旋旋转转磁磁场场越越逼逼近近圆圆形形，但但受受开开关关器器件件的的性性能能限限制制。 . .的的时时长长由由旋旋转转磁磁场场所所需需的的频频率率决决定定( (转转速速给给定

30、定值值) )。对对应应换换相相周周期期。 . .一一般般说说来来，则则 的的空空缺缺时时段段用用零零矢矢量量或或填填补补。184.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157用用6 6个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场( (续续) ) (1) (1)零矢量集中的实现方法。零矢量集中的实现方法。 P160P160 实现方法实现方法1:1: 将两个基本电压矢量将两个基本电压矢量u1和和u2的作用时间的作用时间t1、t2平分为二，安放在开关周期平分为二，安放在开关周期T0的首、尾，的首、尾，将零矢量的

31、作用时间放在中间，按开关损耗小的原则将零矢量的作用时间放在中间，按开关损耗小的原则中间中间零矢量取零矢量取u7(111)(111)。194.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157用用6 6个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场( (续续) ) (1) (1)零矢量集中的实现方法。零矢量集中的实现方法。 P160P160 实现方法实现方法2:2: 将两个基本电压矢量将两个基本电压矢量u1和和u2的作用时间的作用时间t1、t2平分为二，安放在开关周期平分为二，安放在开关周期T0的首、尾，的首、尾，

32、将零矢量的作用时间放在中间，按开关损耗小的原则将零矢量的作用时间放在中间，按开关损耗小的原则中间中间零矢量取零矢量取u8(000)(000)。204.4.正正六边形空间六边形空间旋转磁场旋转磁场( (续续) P157) P157用用6 6个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场( (续续) ) (2) (2)零矢量分布的实现方法。零矢量分布的实现方法。 P169P169 将零矢量平均分成四份，在开关周期将零矢量平均分成四份，在开关周期T0首、尾各放一份，中间放两份。再将两首、尾各放一份，中间放两份。再将两个基本电压矢量个基本电压矢量u

33、1和和u2将的作用时间将的作用时间t1、t2平分为二，插在零矢量之间。按开关损平分为二，插在零矢量之间。按开关损耗小的原则，首、尾两个零矢量取耗小的原则，首、尾两个零矢量取u8(000)(000)，中间两个，中间两个零矢量取零矢量取u7(111)(111)。214.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM( (SVPWM) )控制技术控制技术用用6 6个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场个基本电压矢量的线性组合方法获得逼近圆形的旋转磁场( (续续) ) 如图例：将如图例：将/3/3的定子磁链矢量轨迹等分成的定子磁链矢量轨迹等分成N等分等分( (如如N=4)=4)，每个小

34、区间的时间，每个小区间的时间T0 0=/(3=/(31 1N)N)，定子磁链矢量轨迹为正定子磁链矢量轨迹为正6 6N(这里为这里为24)多边形。多边形。 比起正比起正6边形的磁链矢量轨迹谐波分量小，转矩边形的磁链矢量轨迹谐波分量小，转矩波动也小。波动也小。 这种按照跟踪圆形旋转磁场这种按照跟踪圆形旋转磁场控制逆变器的工作方法叫控制逆变器的工作方法叫“磁磁链跟踪控制链跟踪控制”，磁链的轨迹是，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称得到的，所以又称“电压空间电压空间矢量矢量SVPWM控制控制”。224.2.4 4.2.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM(

35、(SVPWM) )控制技术控制技术( (续续) )SVPWM控制模式特点小结：控制模式特点小结： 逆变器的一个工作周期分成逆变器的一个工作周期分成6个扇区，每个扇区相当于常规六拍逆变器的个扇区，每个扇区相当于常规六拍逆变器的一拍。为了使电动机旋转磁场逼近圆形，每个扇区再分成若干个小区间一拍。为了使电动机旋转磁场逼近圆形，每个扇区再分成若干个小区间T0，T0越短，旋转磁场越接近圆形，但越短，旋转磁场越接近圆形，但T0的缩短受到功率开关器件允许开关频率的缩短受到功率开关器件允许开关频率的制约。的制约。 在每个小区间在每个小区间T0内虽有多次开关状态的切换，但每次切换都只涉及一个内虽有多次开关状态的

36、切换，但每次切换都只涉及一个功率开关器件，因而开关损耗较小。功率开关器件，因而开关损耗较小。 利用电压空间矢量直接生成三相利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。波，计算简便。 采用采用SVPWM控制时，逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，这控制时，逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，这比一般的正弦比一般的正弦SPWM逆变器输出电压提高了逆变器输出电压提高了15%。23 作作 业业 1.1.交流调速技术中，交流调速技术中，正弦正弦SVPWM控制技术和电流跟踪控制技术和电流跟踪CFPWM 控制技术控制技术的特点是什么？的特点是什么？ 2.2.为使电动机平滑稳定旋转，根本目标是在电

37、动机气隙空间形什么样的旋为使电动机平滑稳定旋转，根本目标是在电动机气隙空间形什么样的旋转磁场？转磁场？ 3. 解释解释“磁链跟踪控制技术磁链跟踪控制技术”。它与。它与“电压空间矢量电压空间矢量SVPWM控制技术控制技术”有何关系？有何关系？ 4.4.三相交流电机的正弦定子电压空间矢量三相交流电机的正弦定子电压空间矢量uA0、uB0、uC0的方向和大小如何的方向和大小如何变化？这三个正弦矢量在空间和时间上相位相差角度各是多少？变化？这三个正弦矢量在空间和时间上相位相差角度各是多少？ 5.5.为何说三相相电压空间矢量既是时间的函数，又是空间位置的函数？为何说三相相电压空间矢量既是时间的函数，又是空

38、间位置的函数？ 6.6.写出三个电压空间矢量写出三个电压空间矢量uA0、uB0、uC0的数学表达式。的数学表达式。 7.7.说明三相交流电机定子的说明三相交流电机定子的“正弦合成电压空间矢量正弦合成电压空间矢量”方向和大小的变化方向和大小的变化规律。规律。 8.8.写出三相交流电机定子的写出三相交流电机定子的“正弦合成电压空间矢量正弦合成电压空间矢量”的数学表达式的数学表达式, ,并并说明该矢量运动变化的特性。说明该矢量运动变化的特性。24 作作 业业 9. 9.三相正弦电源和三相正弦电源和6 6开关变频器六拍三相电源在电机中形成旋转磁场的有何区开关变频器六拍三相电源在电机中形成旋转磁场的有何

39、区别？别？ 10.10.设三相交流电机的正弦定子相电压空间矢量设三相交流电机的正弦定子相电压空间矢量uA0、uB0、uC0在某时刻，矢量在某时刻，矢量uA0的幅值的幅值=最大负幅值电压最大负幅值电压“-Um”，在下面空间电压矢量坐标图中绘出三个矢，在下面空间电压矢量坐标图中绘出三个矢量量uA0、uB0、uC0以及合成电压空间矢量的示意图。以及合成电压空间矢量的示意图。25 作作 业业 11.11.下图是分析研究下图是分析研究6 6开关开关PWMPWM变压变频器驱动电机的图片和表格。变压变频器驱动电机的图片和表格。设某期间设某期间VT1、VT2、VT3三只开关管导通期间在电机内形成的合成电三只开

40、关管导通期间在电机内形成的合成电压空间矢量为压空间矢量为u1 1。在矢量图中指出开关代码。在矢量图中指出开关代码100100、001001、111111对应的合成对应的合成电压矢量。电压矢量。1j()2s1msss12. etuuu 由由三三相相电电压压合合成成电电压压空空间间矢矢量量知知磁磁链链合合成成空空间间矢矢 量量的的与与电电压压合合成成电电压压空空间间矢矢量量正正交交( (切切线线方方向向) )，而而变变频频器器电电机机 系系统统中中磁磁链链增增量量为为何何与与合合成成电电压压空空间间矢矢量量方方向向相相同同？26 作作 业业 1. 1.交流调速技术中，交流调速技术中，正弦正弦SPW

41、M控制技术和电流跟踪控制技术和电流跟踪CFPWM 控制技术的特点是什控制技术的特点是什么？么？ 答：答：正弦正弦SPWM控制技术追求的目标是使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波控制技术追求的目标是使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波 形，但未考虑输出电流的实际波形。形，但未考虑输出电流的实际波形。 电流跟踪电流跟踪CFPWM 控制技术使输出电流接近正弦波形，但电流是在目标正弦波控制技术使输出电流接近正弦波形，但电流是在目标正弦波 曲线上下波动变化。曲线上下波动变化。 2.2.为使电动机平滑稳定旋转，根本目标是在电动机气隙空间形什么样的旋转磁场？为使电动机平滑稳定旋转，根本目标是在电动机气隙空间

42、形什么样的旋转磁场？ 答：答：为使电动机平滑稳定旋转，根本目标应是在电动机气隙空间形成为使电动机平滑稳定旋转，根本目标应是在电动机气隙空间形成“正圆形正圆形”的的旋旋 转磁场，具备恒定电磁转矩的运行状态。转磁场，具备恒定电磁转矩的运行状态。 3. 解释解释“磁链跟踪控制技术磁链跟踪控制技术”。它与。它与“电压空间矢量电压空间矢量SVPWM控制技术控制技术”有何关系？有何关系？ 答：答：按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器工作的控制方式叫按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器工作的控制方式叫“磁链跟踪控制技术磁链跟踪控制技术” 。 磁链的轨迹是顺次使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称磁链的轨迹是顺次使用

43、不同的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间矢量电压空间矢量 SVPWM控制技术控制技术”。27 作作 业业 4.4.三相交流电机的正弦定子相电压空间矢量三相交流电机的正弦定子相电压空间矢量uA0、uB0、uC0的方向和大小如的方向和大小如何变化？这三个正弦矢量在空间和时间上相位相差角度各是多少？何变化？这三个正弦矢量在空间和时间上相位相差角度各是多少？ 答答：三个相电压空间矢量的方向固定在电机三个绕组的轴线上，大小随时：三个相电压空间矢量的方向固定在电机三个绕组的轴线上，大小随时 间呈正弦规律变化，三矢量在空间位置上相差间呈正弦规律变化，三矢量在空间位置上相差120120度，其大小在时间上度

44、，其大小在时间上 相差相差120120度。度。 5.5.为何说电机中三个相电压空间矢量既是时间的函数，又是空间位置的函为何说电机中三个相电压空间矢量既是时间的函数，又是空间位置的函数？数？ 答答：说三个相电压空间矢量是时间的函数，是指其大小：说三个相电压空间矢量是时间的函数，是指其大小( (模模) )是时间的正是时间的正弦函数。说三个相电压空间矢量是空间位置的函数，尽管三个矢量的方向线弦函数。说三个相电压空间矢量是空间位置的函数，尽管三个矢量的方向线固定在各自绕组的轴线上，但指向却随正弦量取值的正负而变化。固定在各自绕组的轴线上，但指向却随正弦量取值的正负而变化。 6.6.写出三个相电压空间矢

45、量写出三个相电压空间矢量uA0、uB0、uC0的数学表达式。的数学表达式。 1m120240A0m1B0m1C0mcos() cos(120 ) cos(240 )jjUuUtuUteuUte oooo：设设三三相相电电压压的的角角频频率率为为，相相电电压压幅幅值值为为，三三个个三三相相电电压压空空间间矢矢量量为为： ，答答28 作作 业业 7. 7.说明三相交流电机定子的说明三相交流电机定子的“正弦合成电压空间矢量正弦合成电压空间矢量”方向和大小的变化方向和大小的变化规律。规律。 答答：正弦合成电压空间矢量绕转子轴线以电源角频率旋转，其大小：正弦合成电压空间矢量绕转子轴线以电源角频率旋转，其

46、大小( (模模) )恒恒 定定1.51.5相电压幅值。相电压幅值。 8.8.写出三相交流电机定子的写出三相交流电机定子的“正弦合成电压空间矢量正弦合成电压空间矢量”的数学表达式的数学表达式, ,并说并说明该矢量运动变化的特性。明该矢量运动变化的特性。1 smm11.51.5, jtuU eUtt ： 合合成成电电压压空空间间矢矢量量的的模模= =恒恒值值常常量量 合合成成矢矢量量的的空空间间角角度度= =即即：随随时时间间 绕绕转转子子轴轴线线在在空空答答间间旋旋转转。29 作作 业业 9. 9.平衡三相正弦电源和平衡三相正弦电源和6 6开关变频器六拍三相电源在电机中形成旋转磁开关变频器六拍三相电源在电机中形成旋转磁场的有何区别？场的有何区别？ 答答： 平衡三相正弦电源：三相正弦电压空间矢量是方向线固定而幅值随时间平衡三相正弦电源：三相正弦电压空间矢量是方向