电动机定子磁链幅值恒定

• 模拟电子电路
采用正弦波发生器、三角波发生器和比较 器来实现上述的SPWM控制； • 数字控制电路 – 硬件电路；
– 软件实现。
（第一部分）
（1）自然采样法原理
自然采样法— —只是把同样 的方法数字化， 自然采样法的 运算比较复杂
（2）规则采样法（第一部分）
三角波两个正峰值之 间为一个采样周期 ur M sin rT t c; 在三角波的负峰时刻tD 对正弦信号波采样得D O 1 M sin r tD 2 点，过 D作水平直线 /2 T /2 c、 和三角波分别交于 A T A点时刻 t 和 B点，在 c (1 M sin r t A D) 2 t 控制开关器 u B点时刻 o B 1 件的通断 ; Tc (1 M sin r tD ) ' Tc
或
dΨ s dΨ s （6-41） us us d R I （6-40） s s t dt
Is — 定子三相电流合成空间矢量； Ψs— 定子三相磁链合成空间矢量。
（6-42） Ψ u d t s 定子三相电压合成空间矢量； 式中 us s —
或
dΨ s （第二部分） u （6-41） s dt
VT1 VT2 VT3 VT2 VT3 VT4 VT3 VT4 VT5 VT4 VT5 VT6 VT5 VT6 VT1 VT1 VT3 VT5 VT2 VT4 VT6
• 主电路原理图
5 6 7 8
图6-27 三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图
（第二部分）
（a）开关模式分析
•
设工作周期从100 状态开始，这时 VT6、VT1、VT2导 通，其等效电路如 图所示。各相对直 流电源中点的电压 都是幅值为
A0 m
us uA0 C uC0 uB0 uA0
us uA0 uB0 uC0
us
X A
（第二部分）
当电动机转速不是很低时，定子电阻压 2. 电压与磁链空间矢量的关系 降在式（6-40）中所占的成分很小，可 忽略不计，则定子合成电压与合成磁 三相的电压平衡方程式相加，即得用合成空间 链空间矢量的近似关系为 矢量表示的定子电压方程式为
O
uUN为三相输出与电机中点N之 间的相电压
Ud
2
uUN
O
t
图6-20 三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形
（第二部分）
问题的提出
空间矢量的定义
电压与磁链空间矢量的关系
六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场
电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制
（第二部分） 视频1

问题的提出
SVPWM调制电 机正反转
经典的 SPWM控制主要着眼于使变压变频器 如果对准这一目标，把逆变器和交流电动 的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流 机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变 的波形。然而交流电动机需要输入三相正弦电流 器的工作，其效果应该更好。这种控制方法称作 的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场， “磁链跟踪控制”，下面的讨论将表明，磁链的 从而产生恒定的电磁转矩。 轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所 以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。
UAO’ = Ud / 2 UBO’ = UCO’ = - Ud /2
+
id
Ud
VT1
iA
O
VT6
iB
VT2
iC
-
（第二部分）
（b）工作状态100的合成电压空间矢量
B
• 由图可知，三相 的合成空间矢量 为 u1，其幅值等 于Ud，方向沿A 轴（即X轴）。
C
-uCO’ u1 uAO’ -uBO’ A
（第一部分） 按照波形面积相等的 u 原则，每一个矩形波 的面积与相应位置的 a) 正弦波面积相等，因 而这个序列的矩形波 O 与期望的正弦波等效。 u 这种调制方法称作正 弦波脉宽调制 （Sinusoidal pulse b) width modulation，简 O 称SPWM），这种序 图6-3 列的矩形波称作 图6-18 PWM调制原理 SPWM波。
u
urU
uc
urV
（第一部分）
urW t
O
uUN'
Ud 2 U d 2
0
t
uVN' 0 uWN' 0 t t
•同步调制三相PWM波形
（第一部分）
5. PWM逆变器主电路及输出波形
VT1
Ud 2
+
V1
U
VD1
VT3
VD3
VT5
C
V3 V6
V5
VD5 N VD2
N'
Ud 2
+
C
VT4 VD VT6 VD VT 4 6 VW V 2
1. 空间矢量的定义
当电源频率不变时， 由三相定子电压 合成空间矢量 us 空间矢量相加 交流电动机绕组的电 以电源角频率 1 合成的空间矢 与定子电压空 压、电流、磁链等物 为电气角速度作 量 u 是一个 间矢量相仿， s 理量都是随时间变化 恒速旋转。当某 旋转的空间矢 可以定义定子 的，分析时常用时间 量，它的幅值 一相电压为最大 电流和磁链的 相量来表示，但如果 空间矢量 Is 不变，是每相 值时，合成电压 考虑到它们所在绕组 电压值的 3/2倍。 和 Ψ 。 s 的空间位置，也可以 矢量 us 就落在该 如图所示，定义为空 相的轴线上。 间矢量uA0， uB0 ， uC0 。
（第二部分）
3. 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 （1）电压空间矢量运动轨迹
在常规的 PWM 变压变频调速系统中，异步电 动机由六拍阶梯波逆变器供电，这时的电压空间 矢量运动轨迹是怎样的呢？
序号 1 2 2 4 VT6 VT1 VT2
开 关 状 态
开关代码 100 110 010 011Ψm是磁链Ψs的幅值，1为其旋转角速度。
（第二部分）
• 磁场轨迹与电压空间矢量运动轨迹的关系
当磁链幅值一定时， us 其大小与（或供电 如图所示，当磁链矢 Ψs us 电压频率）成正比， 量在空间旋转一周时， Ψs 其方向则与磁链矢 ω1 电压矢量也连续地按 Ψs 量正交，即磁链圆 磁链圆的切线方向运 动2的切线方向 弧度，其轨迹与 磁链圆重合。 us Ψs us 这样，电动机旋转 磁场的轨迹问题就可 转化为电压空间矢量 图6-26 旋转磁场与电压 的运动轨迹问题。 空间矢量的运动轨迹
t
t
2. SPWM 控制方式 •如果在正弦
（1）单极性PWM控制方式 调制波的半 uc ur 个周期内， u 三角载波只 在正或负的 一种极性范 O 围内变化， uo 所得到的 uo SPWM波也 U d 只处于一个 极性的范围 O 内，叫做单 极性控制方- U d 式。
（第一部分）
t
u of
t
2. SPWM控制方式
（第一部分）
•如果在正弦 （2）双极性PWM控制方式 调制波半个 ur uc u 周期内，三 角载波在正 负极性之间 O 连续变化， 则SPWM波 u of uo 也是在正负 U d 之间变化， 叫做双极性 O 控制方式。
-U d
t
uo
t
（第一部分）
3. PWM控制电路
（第一部分）
1. PWM调制原理 以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以 频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波 （Carrier wave），并用频率和期望波相同 的正弦波作为调制波（Modulation wave）， 当调制波与载波相交时，由它们的交点确定 逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正 弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一 系列等幅不等宽的矩形波。
（第二部分）
u4 u3 Ud/2
O’ VT1 VT3 VT5
u5
M
3～
u7，u8
o
u2
π /3
Ud/2
VT4
VT6
VT2
u6 B B
u1
-uCO’
uAO’ -uBO C
’
u2 u1 uBO’ A C uAO’ -uCO’ A
第六章
笼型异步电动机变压变频调速系 统-转差功率不变型系统
6.4 变压变频调速系统中的脉宽调制 (PWM)技术
问题的提出
正弦波脉宽调制(SPWM)技术（第一部分）
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术（或 称磁链跟踪控制技术） （第二部分）
6.4 变压变频调速系统中的脉宽调制 (PWM)技术
当 fr 较低时，N 较大，一周期内脉冲 （第一部分） 数较多，脉冲不对称产生的不利影响都 较小； 当 fr 增高时，N 减小，一周期内的脉 异步调制——载波信号和调制信号不同步的 冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就 调制方式。 变大。
通常保持 fc 固定不变，当 fr 变化时，载波 比 N 是变化的； 在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数 不固定，相位也不固定，正负半周期的脉 冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也 不对称；
为使一相的 PWM波正负半周镜对 （第一部分） 称，N应取奇数；fr 很低时，fc 也很 低，由调制带来的谐波不易滤除； fr 很高时，fc 会过高，使开关器件 同步调制 —— N 等于常数，并在变频时使载波和 难以承受。 信号波保持同步。 基本同步调制方式，fr 变化时N不变，信号波一 周期内输出脉冲数固定； 三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为3的 整数倍，使三相输出对称；
（第二部分）
B uB0 us
1
uA0
A
uC0 C
图6-25 电压空间矢量
根据三相交流电压的表示： uA0=UA=Umsin(ωt+Ø) 可以看出：us以同样 uB0=UB=Umsin(ω t+Ø-120o) 的ω逆时针转动 o) 当 t=0 ， u =U , u =U =U sin( ω t+Ø+120 A0 m C0 C m Y ω o u =u =-1/2U , u 与 A (Ø 为初相位，可以设为 90 ) B0 C0 m s us 轴重合。 B 当t= π /2ω, uA0=0， uB0=√3/2Um, uC0=uB0 uC0 √3/2Um,由矢量合成us ω uB0 uC0 0 与 x 轴夹角 90 。 当t= π /ω, u =-U , uB0=uC0=1/2Um,由矢量 合成us与x轴夹角1800。