41 图6-28正六边形电压空间矢量 4.电压空间矢量的线性组合与 SVPWM控制 如果交流电动机由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 想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场,就必须在每一个期间内出现多个 工作状态,以形成更多的相位不同的电压空间矢量。PWM控制可以适应上述要求 问题是,怎样控制PwM的开关时间才能逼近圆形旋转磁场。提出过多种实现方法 例如线性组合法,三段逼近法,比较判断法等等。 图6-31绘出了逼近圆形时的磁链矢量轨迹。要逼近圆形,可以增加切换次数 设想磁链增量由Δ鄄1,Δ四1,Δ13,Δ14段组成,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。 图6-31逼近圆形时的磁链增量轨迹 图6-32表示由电压空间矢量u1和m2的线性组合构成新的电压矢量u,, 互n.+2 I2=u, cosB+ Ju, sin e T 在换相周期时间7中,1处于1,t2处于2,u,与矢量u1的夹角θ就是这 个新矢量的相位
u1 u2 u3 u4 u5 u6 u7 u8 u1 u2 u3 u4 u5 u6 u7 u8 图 6-28 正六边形电压空间矢量 4. 电压空间矢量的线性组合与 SVPWM 控制 如果交流电动机由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。 想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个 3 期间内出现多个 工作状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。PWM 控制可以适应上述要求， 问题是，怎样控制 PWM 的开关时间才能逼近圆形旋转磁场。提出过多种实现方法， 例如线性组合法，三段逼近法，比较判断法等等。 图 6-31 绘出了逼近圆形时的磁链矢量轨迹。要逼近圆形，可以增加切换次数， 设想磁链增量由 Δ 11 Ψ ，Δ 12 Ψ ，Δ 13 Ψ ，Δ 14 Ψ 4 段组成，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。 图 6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹 图 6-32 表示由电压空间矢量 u1 和 u2 的线性组合构成新的电压矢量 us ， 2 cos sin 0 2 1 0 1 s s s j T t T t u = u + u = u + u 在换相周期时间 T0 中， 1 t 处于 u1 ， 2 t 处于 u2 ， us 与矢量 u1 的夹角 就是这 个新矢量的相位
图6-32电压空间矢量的线性组合 用相电压表示合成电压空间矢量的定义,把相电压的时间函数和空间相位分开 1, =lo(n)+uBo(t)e/+uco(r)e 用线电压表示 2=BB(1)-uac()em,当各功率开关处于不同状态时,线电压可取值为Ud、0 或-U4,得 U To To To To √3 o u. S I1 us cos0 To U t2 2 u, sin 8 T由旋转磁场所需的频率决定,T0与1+12未必相等,其间隙时间可用零矢量 a,或来填补。为了减少功率器件的开关次数,使Ⅱ,和2各占一半时间, t7=tg==(0-1-12)≥0。 把逆变器的一个工作周期用6个电压空间矢量划分成6个区域,称为扇区 ( Sector),如图所示的I、Ⅱ、……Ⅵ,每个扇区对应的时间均为x/3。在六拍逆 变器中一个扇区仅包含两个开关工作状态,实现 SVPWM控制就是要把每一扇区再 分成若干个对应于时间T的小区间按照上述方法插入若干个线性组合的新电压空
图 6-32 电压空间矢量的线性组合 用相电压表示合成电压空间矢量的定义，把相电压的时间函数和空间相位分开 写，得 2 0 0 0 ( ) ( ) ( ) j C j s A B u = u t + u t e + u t e ， =120 。用线电压表示 j s AB BC t t e − u = u ( ) − u ( ) ，当各功率开关处于不同状态时，线电压可取值为 U d 、0 或 −Ud ，得 + = + = + + = + + = + = + 0 2 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 3 1 0 2 0 3 1 0 2 0 1 2 3 2 2 3 2 1 3 sin 3 cos T t j T t T t j U T t T t U j T t T t e U T t T t U e U T t U T t d d d j d j s d d u 则 s Ud T t T t = + 0 2 0 1 2 u cos ， s Ud T t 0 2 2 3 u sin = ，解得 d s d s T U U t sin 3 cos 1 0 1 u u = − ， d s T U t sin 3 2 0 2 u = 。 T0 由旋转磁场所需的频率决定， T0 与 1 2 t + t 未必相等，其间隙时间可用零矢量 u7 或 u8 来填补。为了减少功率器件的开关次数，使 u7 和 u8 各占一半时间， ( ) 0 2 1 t 7 = t 8 = T0 − t 1 − t 2 。 把逆变器的一个工作周期用 6 个电压空间矢量划分成 6 个区域，称为扇区 （Sector），如图所示的Ⅰ、Ⅱ、……Ⅵ，每个扇区对应的时间均为 3 。在六拍逆 变器中一个扇区仅包含两个开关工作状态，实现 SVPWM 控制就是要把每一扇区再 分成若干个对应于时间 T0 的小区间。按照上述方法插入若干个线性组合的新电压空
间矢量u.,以获得优于正六边形的多边形(逼近圆形)旋转磁场 每一个70相当于PWM电压波形中的一个脉冲波,包含1,12,t1和t34段, 相应的电压空间矢量为M1,,,u,和ux4种开关状态。为了使电压波形对称,把 每种状态的作用时间都一分为二,在实际系统中,应该尽量减少开关状态变化时引 起的开关损耗,每次切换开关状态时,只切换一个功率开关器件,以满足最小开关 损耗。 一个扇区内所分的小区间越多,就越能逼近圆形旋转磁场 归纳起来,SⅤPWM控制模式有以下特点 (1)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 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,T越短, 旋转磁场越接近圆形,但T的缩短受到功率开关器件允许开关频率的制约。 (2)在每个小区间内虽有多次开关状态的切换,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。 (3)每个小区间均以零电压矢量开始,又以零矢量结束。 (4)利用电压空间矢量直接生成三相PWM波,计算简便。 (5)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,这比 般的SPWM逆变器输出电压提高了15% ⑧1①②|o②⑧ 图6-34第Ⅰ扇区内一段70区间的开关序列与逆变器三相电压波形
间矢量 us ，以获得优于正六边形的多边形（逼近圆形）旋转磁场。 每一个 T0 相当于 PWM 电压波形中的一个脉冲波，包含 1 t ， 2 t ， 7 t 和 8 t 4 段， 相应的电压空间矢量为 u1 ，u2 ，u7 和 u8 4 种开关状态。为了使电压波形对称，把 每种状态的作用时间都一分为二，在实际系统中，应该尽量减少开关状态变化时引 起的开关损耗，每次切换开关状态时，只切换一个功率开关器件，以满足最小开关 损耗。 一个扇区内所分的小区间越多，就越能逼近圆形旋转磁场。 归纳起来，SVPWM 控制模式有以下特点： (1) 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 T0 的缩短受到功率开关器件允许开关频率的制约。 (2) 在每个小区间内虽有多次开关状态的切换，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。 (3) 每个小区间均以零电压矢量开始，又以零矢量结束。 (4) 利用电压空间矢量直接生成三相 PWM 波，计算简便。 (5) 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，这比一 般的 SPWM 逆变器输出电压提高了 15%。 图 6-34 第Ⅰ扇区内一段 T0 区间的开关序列与逆变器三相电压波形