电力拖动作业二

作业二
1.补充NN’间的电压波形
仿真电路图中DC=DC1=100V，三相正弦调制波的频率为50Hz，幅值为1V，三者之间的相位依次相差120°，双极性三角载波的频率为1000Hz，幅值为2V。

NN’的电压波形如下：
2.轴电压/电流的概念及补偿措施
⑴轴电压：轴电压是指电动机轴两端之间或者转轴与轴承座之间所产生的电压。

产生轴电压的主要原因是环绕电动机轴的磁路不平衡，这个不平衡的磁通切割转轴，就在轴的两端感应出轴电压。

⑵轴电流：轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。

⑶补偿措施：
针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施：
①在轴端安装接地碳刷，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，随时将电机轴上的静电荷引向大地，以此消除轴电流。

②为防止磁不平衡等原因产生轴电流，在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，切断轴电流的回路。

③要求检修运行人员细致检查并加强导线或垫片绝缘。

④在机座中除一个轴承座外，其余轴承座及包括所有装在其上的仪表外壳等金属部件都对地绝缘，不绝缘的轴承应装接地电刷以防静电充电。

⑤对于由轴交链交变磁通所产生的轴电压，可在电动机一侧的轴承座下加绝缘垫以割断轴与轴瓦之间形成的回路，使轴电流无法产生。

但在实际工作中对绝缘垫的作用认识不清，从绝缘垫加装的方法和轴承座与油管道的连接上都不同程度地出现过问题，最后造成绝缘垫起不到绝缘作用，进而形成轴电流。

所以我们要经常检查轴承座的绝缘强度，用500V摇表测量，绝缘不得低于0.5MΩ。

⑥保持轴与轴瓦之间润滑绝缘介质油的纯度，发现油中带水必须进行过滤处理，否则油膜的绝缘强度不能满足要求，容易被低电压击穿。

3.载波比、调制比、过调制的概念
⑴载波比：载波频率与调制波频率之比称为载波比。

⑵调制比：调制波的峰值与载波的峰值之比称为调制比。

⑶过调制：当调制比大于1（即调制波的峰值大于载波的峰值）时称之为过调制。

作业三
SPWM与SVPWM之比较
采用脉宽调制（PWM）技术是变频器抑制谐波的主要措施。

正弦波PWM （SPWM）技术首先被采用并一直沿用至今，经过不断完善，效果显著。

然而它仍有不足之处，例如直流电压利用率不高、载波频率过高带来大的开关损耗等。

由德国学者Van Der Broeck H W提出的空间矢量脉宽调制（space vector PWM，SVPWM）技术则表现出更多的优点，因而很快得到推广。

本文通过对SVPWM与SPWM的基本思想、原理和直流电压利用率等方面进行理论分析，进而得出两种调制方法的异同点。

1.SVPWM与SPWM的原理
1.1基本思想
经典的SPWM控制主要着眼于使逆变器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。

然而交流电机输入三相正弦电流的最终目的是在电机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

SVPWM则把逆变器和交流电动机视为一体，着眼于如何使电机获得圆形旋转磁场，以减少电机转矩脉动。

具体地说，它以三相对称正弦电压供电时交流电机定子的理想磁链圆为基准，用三相逆变器的不同开关模式所产生的实际磁链矢量去逼近基准磁链圆，并由它们比较的结果决定逆变器开关状态，形成PWM波。

1.2原理与实现
1.2.1 SPWM
一般地，SPWM是基于三角载波—正弦调制信号比较的原理产生SPWM波形的，通常采用单极性PWM控制方式和双极性PWM控制方式两种控制方式实现。

两者区别在于三角载波的不同，单极性PWM控制方式的三角载波只在一个极性上变化，而双极性PWM控制方式的三角载波在正负两个极性上变化。

同时，区别于自然采样法，在工程中，通常采用规则采样法来实现。

如下图所示的是双极性PWM控制方式下的规则采样法的原理图。

1.1.2 SVPWM
三相电压型桥式逆变器有8种开关状态，对8种状态，分别输出8个基本电压矢量，包括2个零矢量和6个非零基本矢量，如下图(b)。

图(a) 三相逆变器—异步电动机调速系统主电路原理图
图(b) 六拍逆变器供电时电动机电压 图(c) 逼近圆形时的磁链增量轨迹
空间矢量与磁链矢量的关系
在任何时刻，所产生的磁链增量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。

如果交流电动机仅由常规的六拍阶梯波逆变器供电，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。

如果要逼近圆形，可以增加切换次数，设想磁链增量由图中的，，，这4段组成，如上图(c)。

这时，每段施加的电压空间矢量的相位都不一样，可以用基本电压矢量线性组合的方法获得。

我们把每一扇区分成若干个小区间，按照上述方法插入若干个线性组合的新电压空间矢量，最终可获得优于正六边形的多边形（逼近圆形）旋转磁场。

2.直流母线电压利用率
可以证明：
两个电压矢量所能合成的等效电压矢量正好在由它们围成的三角11∆ψ
12∆ψ13∆ψ14∆ψ
形的内部和边界上。

由此，可以得出SVPWM 的线性调制区—六边形的内切圆所包围的区域，如下图所示。

参考电压空间矢量圆轨迹
图中的内切圆的半径即为线性调制可输出基波相电压幅值为。

所以，SVPWM 线性调制输出的基波线电压幅值为，直流母线电压利用率可达100%。

而对于SPWM 调制来说，在调制比为最大值1时，输出相电压的基波幅值为，输出线电压的基波幅值为，即直流电压利用率仅为0.866。

考虑到功率器件的开通和关断都需要时间，如不采取其他措施，调制比不可能达到1，实际得到的直流电压利用率比0.866还要低。

因此，相对于SPWM 较低的直流电压利用率，SVPWM 比SPWM 的直流利用率提高了15%。

3.谐波比较
SVPWM 和SPWM 具有类似的频谱特征，主要谐波出现在载波频率及载波频率整数倍附近的频率点上，且谐波的幅值随采样频率倍数的增大而迅速衰减。

从整体上来看，SVPWM 方式输出波形的谐波含量低于SPWM 方式，但SVPWM 在高频段分布较多的低幅值谐波，即SPWM 的谐波相对集中，幅值较大，而SVPWM 的谐波则相对分散，幅值较小。

4.结论
传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源为目的。

SVPWM 方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。

SVPWM 本身的产生原理与PWM 没有任何3d
U d U 2d U d U 23
关系，只是像罢了，SVPWM合成的驱动波形和PWM很类似，因此我们还叫它PWM，又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。

综上所述，SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同，但是他们确实殊途同归的。

二者的主要区别有以下几点：
（1）控制思想不同：经典的SPWM控制主要着眼于使逆变器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。

而SVPWM则把逆变器和交流电动机视为一体，着眼于如何使电机获得圆形旋转磁场，以减少电机转矩脉动。

（2）控制方式不同：SPWM是基于三角载波—正弦调制信号比较的原理产生SPWM波形，而SVPWM则是利用8个电压矢量进行相关的组合，最终产生逼近于圆形的磁场，可以看作是由三角波与有一定三次谐波含量的正弦基波调制而成的（但没有真实的调制）。

（3）直流母线利用率不同：SPWM的直流母线利用率只能达到0.866，而SVPWM的直流母线利用率理论上可达100%，较之提高了15%。

（4）谐波含量不同：SVPWM和SPWM具有类似的频谱特征，但SVPWM的谐波含量比SPWM低，且SVPWM在高频段分布较多的低幅值谐波。