三角形——矢量.doc

異步電機三角形接法時空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)分析 許連丙1，張愛玲1，武德祥1李天波2(1 太原理工大學(xué)，山西太原030024；2陽城國際發(fā)電責(zé)任有限公司，山西晉城048102)摘要：分析了異步電機三角形接法采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)時，基本電壓空問矢量的大小與相位，分析結(jié)果表明：電機在Y接與接時，逆變器相舊的開關(guān)狀態(tài)所彤成的電壓空間矢量的大小及相位均不相同。在此基礎(chǔ)上給出了接法時扇區(qū)的劃分及扇區(qū)號的確定方法。 關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制；開關(guān)狀態(tài)；異步電機 中圖分類號：TM 343文獻標志碼：A文章編號：16736540(2010)064)031040 引 言 在高性能全數(shù)字控制的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，通常采用數(shù)字脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，PXeM)方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬PWM近年來出現(xiàn)的空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector PulseWidth Modulation，SVPWM)技術(shù)與傳統(tǒng)的正弦脈寬調(diào)制(SinWave Pulse width Modulation，sPwM)技術(shù)相比，在直流電壓利用率等方面，其存在著明顯的優(yōu)勢，因此在電機控制上得到了廣泛應(yīng)用。例如，存異步電機矢量控制系統(tǒng)中，根據(jù)需要計算出所需電壓的、分量后，再用SVPWM技術(shù)確定需要施加的基本電壓空間矢量，從而確定逆變器的開關(guān)狀態(tài)。但是，SVPWM技術(shù)是對電機的卡目電壓進行調(diào)制的。分析表明，在異步電機采用Y和接法兩種情況下，逆變器相同的開關(guān)狀態(tài)合成的基本電壓空間矢量的大小和相位并不相同，如果不對電機的繞組接法進行判斷而采用相同的調(diào)制方法，將會導(dǎo)致錯誤的控制結(jié)果。文獻1-5給出的調(diào)制算法均基于電機Y接法，本文分析了接法情況下，逆變器不同開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的卒間矢量的幅值和相位，以及扇區(qū)的劃分方法，并與Y接法的情況進行了對比。1 電機Y接與接的空間矢量合成11逆變器的開關(guān)狀態(tài) 圖1是典型的三相電壓型橋式逆變電路。圖中V1V6是6個全控型開關(guān)器件，同一橋臂的開關(guān)器件呈相反的開關(guān)狀態(tài)。設(shè)上橋臂導(dǎo)通為l，下橋臂導(dǎo)通為0，則逆變器的工作狀態(tài)共有8種，分別是000，100，110，010，叭1，001，101，11。其中，000與111使逆變器輸出電壓為零，稱為零矢量，其余6種對應(yīng)6個基本的電壓空間矢量。在繞組采用Y及接法兩種情況下，它們的大小及相位不同，分述如下。12電機繞組Y接法肘的電壓空間矢量及扇區(qū)劃分 定義三相電壓矢量在各自繞組的軸線上如圖2所示；6個基本電壓空間矢量的幅值和相位如表1所示；相位分布及扇區(qū)劃分如圖3所示。表1中：Ua、Ub、Uc分別是A、B、C三相繞組13電機繞組時的電壓空間矢量合成及扇區(qū)劃分 圖4是繞組接法時的接線示意圖，括號內(nèi)字母表示繞組尾端。圖5表示開關(guān)狀態(tài)為100時空間矢量的合成情況。對應(yīng)圖1中V1、V4、V6導(dǎo)通，V2、V3、V5關(guān)斷，三相電壓Ua、Uc、Ub相對于直流母線的負極分別為Udc-Udc、0，按前述定義，取三相電壓空問矢量在三相繞組的軸線上，則合成矢量Us=3Udce.的相電壓(_4Bc坐標系的數(shù)值)；Ua、Ub是各開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的基本電壓矢量分解到邸坐標系上的分量；Us為合成的基本電壓空間矢量的大小，Us相位表示基本電壓空間矢量的相位。 圖6表示的是開關(guān)狀態(tài)為1 10時空間矢量的大小與相位。按照同樣的方法可得其他空間矢量的大小及相位(見表2和圖7)。對比圖3、7及表1、2可見，兩種接法時6個基本電壓空問矢量的相位不同，接法比Y接法時合成的空問矢量相位滯后n6(逆時針為正方向)，并前者幅值是2 接法扇區(qū)劃分及扇區(qū)號確定 sVPwM控制中需要選用相鄰的電壓空間矢量合成所需要的輸出電壓矢量，并使其端點軌跡近似為圓形，從而使形成的磁鏈軌跡電接近于圓形。因此，首先需要判斷所需電壓的空間位置，即所處扇區(qū)，其次選用對應(yīng)的基本電壓空間矢量。電機Y及接法兩種情況下扇區(qū)劃分不同，Y接后者的3倍(ABc坐標)。表2給出了不同開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的相電壓(A日c坐標系)及其合成在坐標系的分量(功率不變)。對比表l、2可見，兩種接法對應(yīng)的相電壓也不相同。法時扇區(qū)劃分的方法不再適用于接法。接法時扇區(qū)的劃分方法如下。 為計算和判斷扇區(qū)方便，將ABc坐標系的各量轉(zhuǎn)換到郵相靜止坐標系中，取軸與A相繞組的軸線重合，軸超前“軸”2。選擇坐標變換前后的輸出功率不變，則變換矩陣為 各開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)接法時的相電壓(ak坐標)及其基本電壓空問矢量在坐標系的分量如表2所示。 確定扇區(qū)的方法有兩種。 第一種，當輸出電壓以坐標系上的分量形式Ua、Ub給出時，先用式(2)計算B0、B1、B2：式中：sign(x)是符號函數(shù)。如果xO，sign(x)=l；如果x0，sign(x)=O。然后，根據(jù)P值查表3即可確定扇區(qū)號。 第二種，當輸出電壓以幅值和相角的形式給出時，可直接根據(jù)相角來確定它所在的扇區(qū)。在實際系統(tǒng)中使用第一種更方便。3 三角形接法存在的問題 sVPwM的實質(zhì)是基波加三次諧波，當電機的繞組為三角形接法時，其電壓中的三次諧波在繞組內(nèi)部形成通路，造成環(huán)流。 圖8、9分別為電機接法且速度開環(huán)空載時的相電流及線電流波形，圖10是Y接法且空載時的相電流波形。對比圖810可見，與Y接法相比，接法時不論是相電流還是線電流波形都存在著明顯的諧波，使得電流波形發(fā)生畸變，且相電流比線電流的諧波含量更高。因此，在采用sVPwM方法時，電機繞組最好采用Y接法。