空间矢量脉宽调制技术在交流感应电机控制中的应用

1、板空间矢量脉宽调胺制技术在交流感般应电机控制中的拔使用柏前言：由于交流昂感应电机的可靠稗性、坚固耐用、伴相对的低成本，芭它在许多应用领板域已经渐渐地取爱代了直流电机。搬现在在许多工厂爸中的空气压缩机翱都是用交流感应安电机来驱动的。霸速度控制交流感胺应电机可以节省按大量的电能。在盎交流电机的中，伴空间矢量脉宽调瓣制技术已经变成佰了流行的技术。拌其控制方法与仿熬真如下所述。案关键词：空间矢靶量脉宽调制；交傲流感应电机；仿拔 真。I.绪论吧随着可关断晶体斑管、大功率管、把隔离栅双极晶体扳管等晶体管工作败特性的的进步，敖频率转换方法使澳用在电机速度控瓣制中正在变得越哎来越流行。脉宽板调制变流器使在哀电

2、机中控制电压昂和电流的频率和奥大小的数量级成俺为了可能。因此鞍，相对于固定频八率的电机驱动，百脉宽调制换流电坝机驱动可以提供办更好的效率和更巴高的性能。现在办有正弦曲线、过俺度、和相对空间坝矢量脉宽调制等岸几种技术。空间哀矢量脉宽调制方柏法不仅可以产生扒转动磁场而且可矮以更好地提高电昂压的利用率。摆此外，在如今仿艾真技术已经变成跋了一种解决一些熬重要工程问题的氨技术方MATL疤AB/simu颁link仿真软稗件是一个非常重把要的仿真软件，懊在我们产生产品案之前，很有必要绊利用仿真软件去胺实现产品的可行跋性。佰II.安安空间矢量脉宽调按制技术胺A.皑跋空间矢量脉宽调熬制技术的简介：胺空间矢量脉宽

3、调盎制引用了由三相背功率转换器是最岸上面的三个功率熬三极管组成的一摆个特殊矩阵。和般直接正弦曲线调罢制技术相比，在按应用于交流电机半调相中时,空间蔼矢量脉宽调制电爸压和电流的输出袄端可以产生极少按的波形失真，并佰且可以提供更高盎效率的电压补给暗。安 典型的三相电绊压源功率变流器凹的结构如图In奥 Fig 所示败。在应用于应用百于电机的绕组中办时Va, Vb靶 and Vc佰时电压的输出端癌。Q1到Q6六安个功率晶体管形隘成输出端，他们巴由a, a耙埃, b, b案奥, c and氨 c俺皑六段控制。在交笆流感应电机的控艾制中，当最上端鞍的功率管转换时氨，相应的下面的拌功率管是关断的胺。开和关的

4、状态柏对于上端Q1，蔼Q3和Q5是等板同的，a，b和熬c端在电压输出傲端的估值是很足伴够的。芭Fig.1 三版相功率转换器图奥转换可变矢量 邦a, b, 捌ct之间的关隘系、行与行之间凹的的电压矢量之芭间的关系 V坝ab Vbc 矮Vcat、输傲出相电压矢量之百间的关系如下（爱1）、（2）式芭所示。坝 B.奥 转换方式和基碍本空间矢量背 如图扮in Fig.版1 所示。在上柏部的三个功率晶埃体管的开和关的稗组合状态有八种坝可能的组合。注坝意到下部的功率伴管的开关状态和俺上部的功率管的颁是相反的，所以扒一旦上部的三个笆功率管的开关状背态确定了，下部碍的功率管的状态岸就可以完全确定坝了。根据式（1

5、肮）、（2），在柏直流电源下的八皑种组合开关管的拜状态组合和行与敖行之间的输出矩按阵和相电压如T哀ab.1. 所肮示。耙Tab.1埃 设备的开关状般态和相应的输出癌电压 癌C.定子电压的癌(胺班 , 爱败) 结构表达白 在FOC罢的运算法则中，暗控制变量可表达霸在一个转置结构熬中。电流矢量I敖sref 可以鞍直接控制在规定把的参考电压矢量靶中经过Park坝-1转换的矩阵笆。这个基准电压斑矢量可以在(哎按 , 盎板) 结构中表达瓣。三相电Va,坝 Vb and邦 Vc之间的电艾压和基准参考电哀压三相电压之间颁的关系同样可以败在(敖蔼 , 板摆) 结构中实现岸。跋三相电压在(熬奥 , 柏敖) 结构

6、中用克皑拉克转换方程表版达如下所示。 叭 由于在坝功率转换中八种胺状态组合都是有翱可能的，根据晶柏体管控制信号a熬，b，c的状态柏，V s绊隘 和 V s凹伴 在(摆耙 , 爱阿) 结构表达中岸可以取一串有限笆的数值。他们之哎间的关系表达如吧表 2 所示。唉Tab.2定子叭电压佰 此处的 败U0, U60扒, U120,叭 U180, 瓣U240, U把300, O0哎00 和O11鞍1被称作基本空爱间向量。V s皑皑 和V s芭扒被称作基本空间敖向量的分量。邦D.奥输出电压的耙按, 岸啊分解捌八个基本空间向阿量通过联合转换懊的定义如图Fi芭g 2 所示唉 哀 空间向量脉宽柏调制技术的目的隘在

7、于使用八个基肮本空间向量去估绊算输出的参考电胺压值。 白在八个可能转换坝状态下使用去估办算定子参考电压扒期望值的方法就白是联合邻近的定奥子参考电压和调案节每两个邻近定爸子的运行时间。奥参考电压Uou啊t 和U瓣隘,哎U巴艾与基本空间向量吧之间的关系如图板Fig .3.伴所示。埃参考基准电压向蔼量蔼 在图.F班ig .3中参背考电压Uout捌 在基本空间向瓣量 U0 和 靶U60 与相邻吧定子之间的运行唉时间之间的关系阿如（4）所示： 八 T1和凹T3周期的数量啊如（5）式所示颁: 稗 显而易靶见，所有基本空艾间向量的行列值斑都是2VDC/巴3.最大的相电奥压是空间向量电白压值的2/ 3唉VDC

8、，所以基氨本空间向量在组懊合的绝对值是6靶0 0 = =俺 U U。从耙上面的 方程中跋我推断出T1和板T3.扒 爸 阿 班 伴 周期的凹余下时间都是耗般在零向量中。T挨0值的方程就是挨T0=T-T1跋-T3. 熬 唉 皑 安 皑 在每一疤部分中，每个交败换周期都是可以盎计算出来的。时傲间矢量的运用数碍量都与如下的变班量有关：伴 暗挨 百 颁 搬 在上述办的范例中第三部霸分中，t1=-昂Z, t2=X绊; 笆 同理可爱证，在其他部分癌中的输出电压U啊out 中，相氨应的t1和t2板可以通过X、Y稗与Z表示出来。叭表3.t1和t败2的估值凹 为了知熬道上述中哪一个昂变量正在应用，岸上述关系在参考

9、佰电压矢量中的值搬必须得到。柏E.关键部分和矮开关时间百 唉 爸为了确定这部分俺， 一个简单的坝的方法就是计算案参考电压矢量在半(a, b, 白c)同一时刻 挨的Va, Vb翱 和 Vc 澳的发射电压。这艾些发射电压都是暗相对于参考电压扮0的。懊 皑发射电压Va,翱 Vb 和 V鞍c如下式所示：扮 邦 柏 敖 板 俺 笆 搬 翱现在a，b，c敖三个变量的关系搬如下，如果Va翱0,则 a=懊1，否则a=0岸；如果 Vb斑0,则b=1,拌否则b=0；如罢果Vc0，则袄C=1，否则c拔=0。 N=4敖c+2b+a。摆变量N与其他部暗分的关系如下表拔格所示：表.4案 下一步就八是计算三个必须班的占空比

10、，其式哎子如下所示：扮 疤 皑 奥 哀 鞍 最后，根盎据上部分我们必暗须确定正确的转蔼换时间。以下的半表五，给出了确安定关系：矮表.5 版Tcm1 Tc按m2 Tcm3胺估值转换时间熬III. 空间盎矢量脉宽调制的肮仿真肮在Matlab凹/Simuli傲nk的仿真环境挨中，我们很容易佰去实现SVPW拔M 的运算。图班Fig.4 是胺全部的模型结构班。图 Fig.版 5 到 Fi昂g. 10时全绊部模型的内部结拌构。 靶图Fig.4 澳是全部的模型结扮构。 IV. 结果班 如果耙我们设置交流感扳应电机的参数如扒下： 斑 电机模型百：5kw 5隘00v 14白60RPM 半 转子类型笆:鼠笼式隘

11、定子阻抗吧和感应系数R暗s(ohm)L扒is(H):巴0.2147癌,0.0009按91 搬 转子阻抗耙和感应系数 鞍Rr(ohm)绊Lir(H)巴:0.220拌5,0.000白991 扮 互感系数扒 Lm(H):昂 0.0641败9 伴 Vdc:柏 500v翱 初始条件霸 1,0 扳 0,0,0案 0,0阿,0 笆 根据以上爸，我们可以得到肮如下仿真结果.拌 在仿真中斑我们可以看见：按在经过3/2 啊的转换后，我们白可以得到基准参埃考电压，它们是板理想的正弦波。敖 根据转换时间笆，我们可以得到暗控制功率变流器百和驱动电机的P爸MW波形。俺在Fig.14肮中我们可以得到哎：在电机驱动时稗，定子的峰值电败流可达到450般A。在开始的时澳间段，当转矩恒肮定时，钉子电流隘大约是150A啊。定子达到恒定罢时的启动时间大扳约是0.7s。半三相输出电压的癌波形接近于正弦拌波。因此，我能岸使用不对称的P半WM信号，输出伴电压波形不是那把么地接近于正弦哀波。如果我们使扳用非对称的PW白M信号，波形将敖会更好。此外，哎和正弦调制技术搬相比，氨在SVPWM 胺调制中，在输出耙电压和电流中我版们可以在非零矢背量中插入一些对耙称零的矢量去减碍少波形失真班和正弦调制技术癌相比。懊SVPWM 技奥