空间矢量脉宽调制技术在交流感应电机控制中的应用

1、空间矢量脉宽调调制技术在交交流感应电机机控制中的使使用前言：由于交流流感应电机的的可靠性、坚坚固耐用、相相对的低成本本，它在许多多应用领域已已经渐渐地取取代了直流电电机。现在在在许多工厂中中的空气压缩缩机都是用交交流感应电机机来驱动的。速速度控制交流流感应电机可可以节省大量量的电能。在在交流电机的的中，空间矢矢量脉宽调制制技术已经变变成了流行的的技术。其控控制方法与仿仿真如下所述述。关键词：空间矢矢量脉宽调制制；交流感应应电机；仿 真。I.绪论随着可关断晶体体管、大功率率管、隔离栅栅双极晶体管管等晶体管工工作特性的的的进步，频率率转换方法使使用在电机速速度控制中正正在变得越来来越流行。脉脉宽调

2、制变流流器使在电机机中控制电压压和电流的频频率和大小的的数量级成为为了可能。因因此，相对于于固定频率的的电机驱动，脉脉宽调制换流流电机驱动可可以提供更好好的效率和更更高的性能。现现在有正弦曲曲线、过度、和和相对空间矢矢量脉宽调制制等几种技术术。空间矢量量脉宽调制方方法不仅可以以产生转动磁磁场而且可以以更好地提高高电压的利用用率。此外，在如今仿仿真技术已经经变成了一种种解决一些重重要工程问题题的技术方MMATLABB/simuulink仿仿真软件是一一个非常重要要的仿真软件件，在我们产产生产品之前前，很有必要要利用仿真软软件去实现产产品的可行性性。II.空间矢矢量脉宽调制制技术A.空间矢量量脉宽

3、调制技技术的简介：空间矢量脉宽调调制引用了由由三相功率转转换器是最上上面的三个功功率三极管组组成的一个特特殊矩阵。和和直接正弦曲曲线调制技术术相比，在应应用于交流电电机调相中时时,空间矢量量脉宽调制电电压和电流的的输出端可以以产生极少的的波形失真，并并且可以提供供更高效率的的电压补给。 典型的三相电电压源功率变变流器的结构构如图In Fig 所所示。在应用用于应用于电电机的绕组中中时Va, Vb annd Vc时时电压的输出出端。Q1到到Q6六个功功率晶体管形形成输出端，他他们由a, a, b, b, c aand c六段控制。在在交流感应电电机的控制中中，当最上端端的功率管转转换时，相应应的

4、下面的功功率管是关断断的。开和关关的状态对于于上端Q1，QQ3和Q5是是等同的，aa，b和c端端在电压输出出端的估值是是很足够的。Fig.1 三三相功率转换换器图转换可变矢量 a, bb, ctt之间的关系系、行与行之之间的的电压压矢量之间的的关系 VVab Vbbc Vcaat、输出出相电压矢量量之间的关系系如下（1）、（22）式所示。 B. 转换方式式和基本空间间矢量 如图图in Fiig.1 所所示。在上部部的三个功率率晶体管的开开和关的组合合状态有八种种可能的组合合。注意到下下部的功率管管的开关状态态和上部的功功率管的是相相反的，所以以一旦上部的的三个功率管管的开关状态态确定了，下下部

5、的功率管管的状态就可可以完全确定定了。根据式式（1）、（22），在直流流电源下的八八种组合开关关管的状态组组合和行与行行之间的输出出矩阵和相电电压如Tabb.1. 所所示。Tab.1 设设备的开关状状态和相应的的输出电压 C.定子电压的的( , ) 结构表表达 在FOCC的运算法则则中，控制变变量可表达在在一个转置结结构中。电流流矢量Isrref 可以以直接控制在在规定的参考考电压矢量中中经过Parrk-1转换换的矩阵。这这个基准电压压矢量可以在在( , ) 结构中中表达。三相相电Va, Vb annd Vc之之间的电压和和基准参考电电压三相电压压之间的关系系同样可以在在( , ) 结构中中实

6、现。三相电压在( , ) 结构中中用克拉克转转换方程表达达如下所示。 由于在在功率转换中中八种状态组组合都是有可可能的，根据据晶体管控制制信号a，bb，c的状态态，V s 和 V s 在( , ) 结构表表达中可以取取一串有限的的数值。他们们之间的关系系表达如表 2 所示。Tab.2定子子电压 此处的 U0, UU60, UU120, U180, U2400, U3000, O0000 和OO111被称称作基本空间间向量。V s 和V ss被称作基本本空间向量的的分量。D.输出电压的的, 分解八个基本空间向向量通过联合合转换的定义义如图Figg 2 所示示 空间间向量脉宽调调制技术的目目的在于

7、使用用八个基本空空间向量去估估算输出的参参考电压值。 在八个可能转换换状态下使用用去估算定子子参考电压期期望值的方法法就是联合邻邻近的定子参参考电压和调调节每两个邻邻近定子的运运行时间。参参考电压Uoout 和UU,U与基本空间间向量之间的的关系如图FFig .33.所示。参考基准电压向向量 在图.FFig .33中参考电压压Uout 在基本空间间向量 U00 和 U660 与相邻邻定子之间的的运行时间之之间的关系如如（4）所示示： T1和和T3周期的的数量如（55）式所示: 显而易易见，所有基基本空间向量量的行列值都都是2VDCC/3.最大大的相电压是是空间向量电电压值的2/ 3VDCC，所

8、以基本本空间向量在在组合的绝对对值是60 0 = = U U。从从上面的 方方程中我推断断出T1和TT3. 周期的的余下时间都都是耗在零向向量中。T00值的方程就就是T0=TT-T1-TT3. 在每一一部分中，每每个交换周期期都是可以计计算出来的。时时间矢量的运运用数量都与与如下的变量量有关： 在上述述的范例中第第三部分中，tt1=-Z, t2=XX; 同理可可证，在其他他部分中的输输出电压Uoout 中，相相应的t1和和t2可以通通过X、Y与与Z表示出来来。表3.t1和tt2的估值 为了知知道上述中哪哪一个变量正正在应用，上上述关系在参参考电压矢量量中的值必须须得到。E.关键部分和和开关时间

9、 为了确确定这部分， 一个简单的的的方法就是是计算参考电电压矢量在(a, b, c)同一一时刻 的VVa, Vbb 和 VVc 的发射射电压。这些些发射电压都都是相对于参参考电压0的的。 发射电电压Va, Vb 和 Vc如下式式所示： 现现在a，b，cc三个变量的的关系如下，如如果Va00,则 a=1，否则aa=0；如果果 Vb00,则b=11,否则b=0；如果VVc0，则则C=1，否否则c=0。 N=4c+2b+a。变变量N与其他他部分的关系系如下表格所所示：表.4 下一步就就是计算三个个必须的占空空比，其式子子如下所示： 最后，根根据上部分我我们必须确定定正确的转换换时间。以下下的表五，给

10、给出了确定关关系：表.5 Tccm1 Tccm2 Tccm3估值转转换时间III. 空间间矢量脉宽调调制的仿真在Matlabb/Simuulink的的仿真环境中中，我们很容容易去实现SSVPWM 的运算。图图Fig.44 是全部的的模型结构。图图 Fig. 5 到 Fig. 10时全部部模型的内部部结构。 图Fig.4 是全部的模模型结构。 IV. 结果 如果果我们设置交交流感应电机机的参数如下下： 电机模型型：5kw 500vv 14660RPM 转子类型型:鼠笼式 定子阻抗抗和感应系数数Rs(oohm)Liis(H):0.22147,00.0009991 转子阻抗抗和感应系数数 Rr(oh

11、m)LLir(H):0.2205,0.0000991 互感系数数 Lm(HH): 0.064199 Vdc: 500vv 初始条件件 1,00 00,0,0 0,0,0 根据以上上，我们可以以得到如下仿仿真结果. 在仿真中中我们可以看看见：在经过过3/2 的的转换后，我我们可以得到到基准参考电电压，它们是是理想的正弦弦波。 根据据转换时间，我我们可以得到到控制功率变变流器和驱动动电机的PMMW波形。在Fig.144中我们可以以得到：在电电机驱动时，定定子的峰值电电流可达到4450A。在在开始的时间间段，当转矩矩恒定时，钉钉子电流大约约是150AA。定子达到到恒定时的启启动时间大约约是0.7ss。三相输出出电压的波形形接近于正弦弦波。因此，我我能使用不对对称的PWMM信号，输出出电压波形不不是那么地接接近于正弦波波。如果我们们使用非对称称的PWM信信号，波形将将会更好。此此外，和正弦弦调制技术相相比，在SVVPWM 调调制中，在输输出电压和电电流中我们可可以在非零矢矢量中插入一一些对称零的的矢量去减少少波形失真和正弦调制技术术相比。SVPWM 技技术可以使控控制设备更