SVPWM電壓矢量控制課件VIP

電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，SpaceVectorPWM）控制”。1精選2021版課件空間矢量的定義交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。定義三相定子電壓空間矢量k為待定系數(shù)

2精選2021版課件空間矢量的合成三相合成矢量圖5-21電壓空間矢量的合成矢量

3精選2021版課件空間矢量的定義定子電流空間矢量

定子磁鏈空間矢量

4精選2021版課件空間矢量表達式

空間矢量功率表達式

共軛矢量

5精選2021版課件空間矢量表達式

考慮到

三相瞬時功率

按空間矢量功率與三相瞬時功率相等的原則

6精選2021版課件空間矢量表達式

7精選2021版課件空間矢量表達式

當定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量8精選2021版課件空間矢量表達式

以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值

在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。9精選2021版課件電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系

合成空間矢量表示的定子電壓方程式

忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為或10精選2021版課件電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系

當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈矢量頂端的運動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓）。定子磁鏈矢量定子電壓矢量11精選2021版課件電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系

圖5-22旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運動軌跡圖5-23電壓矢量圓軌跡12精選2021版課件電壓空間矢量

直流電源中點O’和交流電動機中點O的電位不等，但合成電壓矢量的表達式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點無關(guān)。13精選2021版課件8個基本空間矢量PWM逆變器共有8種工作狀態(tài)

當14精選2021版課件8個基本空間矢量依此類推，可得8個基本空間矢量。當

15精選2021版課件8個基本空間矢量2個零矢量6個有效工作矢量幅值為空間互差

16精選2021版課件基本電壓空間矢量圖圖5-24基本電壓空間矢量圖17精選2021版課件正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場

6個有效工作矢量完成一個周期，輸出基波電壓角頻率6個有效工作矢量每個有效工作矢量作用

順序分別作用△t時間，并使

18精選2021版課件正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場

k=1,2,3,4,5,6定子磁鏈矢量的增量

定子磁鏈矢量運動方向與電壓矢量相同，增量的幅值等于19精選2021版課件正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場

定子磁鏈矢量的運動軌跡為

圖5-25定子磁鏈矢量增量20精選2021版課件正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場

圖5-26正六邊形定子磁鏈軌跡在一個周期內(nèi)，6個有效工作矢量順序作用一次，定子磁鏈矢量是一個封閉的正六邊形。21精選2021版課件正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場

要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使

在變頻的同時必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復(fù)雜性。22精選2021版課件正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場

有效的方法是插入零矢量當零矢量作用時，定子磁鏈矢量的增量表明定子磁鏈矢量停留不動。

23精選2021版課件正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場

在直流電壓不變的條件下，要保持輸出頻率越低，△t越大，零矢量作用時間△t0也越大，定子磁鏈矢量軌跡停留的時間越長。由此可知，零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈矢量幅值與旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。恒定，只要使△t1為常數(shù)即可。24精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

六邊形旋轉(zhuǎn)磁場帶有較大的諧波分量，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的脈動。要獲得更多邊形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更多的空間位置不同的電壓空間矢量以供選擇。PWM逆變器只有8個基本電壓矢量，能否用這8個基本矢量合成出其他多種不同的矢量呢？25精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個有效工作矢量合成期望的輸出矢量，這就是電壓空間矢量PWM（SVPWM）的基本思想。按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，當期望輸出電壓矢量落在某個扇區(qū)內(nèi)時，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的2個有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。26精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

圖5-27電壓空間矢量的6個扇區(qū)按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)27精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

基本電壓空間矢量圖5-28期望輸出電壓矢量的合成期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的夾角

的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量28精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

在一個開關(guān)周期

T0圖5-28期望輸出電壓矢量的合成的作用時間

的作用時間

合成電壓矢量29精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

由正弦定理可得解得

零矢量的作用時間

30精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

兩個基本矢量作用時間之和應(yīng)滿足當

輸出電壓矢量最大幅值

31精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成當定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量幅值

基波相電壓最大幅值基波線電壓最大幅值

32精選2021版課件期望電壓空間矢量的合成

SPWM的基波線電壓最大幅值為

兩者之比

SVPWM方式的逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比SPWM逆變器輸出電壓最多提高了約15%。33精選2021版課件SVPWM的實現(xiàn)

通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，來安排基本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同時，盡量使PWM輸出波型對稱，以減少諧波分量。34精選2021版課件零矢量集中的實現(xiàn)方法

按照對稱原則，將兩個基本電壓矢量的作用時間平分為二后，安放在開關(guān)周期的首端和末端。零矢量的作用時間放在開關(guān)周期的中間，并按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇零矢量。在一個開關(guān)周期內(nèi)，有一相的狀態(tài)保持不變，從一個矢量切換到另一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化，因而開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗小。35精選2021版課件零矢量集中的實現(xiàn)方法

圖5-29零矢量集中的SVPWM實現(xiàn)36精選2021版課件零矢量分散的實現(xiàn)方法

將零矢量平均分為4份，在開關(guān)周期的首、尾各放1份，在中間放兩份。將兩個基本電壓矢量的作用時間平分為二后，插在零矢量間。按開關(guān)次數(shù)最少的原則選擇矢量。37精選2021版課件零矢量分散的實現(xiàn)方法

圖5-30零矢量分布的SVPWM實現(xiàn)38精選2021版課件零矢量分散的實現(xiàn)方法

每個周期均以零矢量開始，并以零矢量結(jié)束。從一個矢量切換到另一個矢量時，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化。在一個開關(guān)周期內(nèi)，三相狀態(tài)均各變化一次，開關(guān)損耗略大于零矢量集中的方法。