感應電動機矢量控制及空間矢量脈寬調(diào)制分析案例 1 1 1 2 5 6 1.1感應電動機的矢量控制1970年以后美國和德國學者分別對控制理論進行研究，然后各自提出了矢的坐標變換之后，將會被分解為相互正交的兩個元件(勵磁元件和轉(zhuǎn)矩元件)。當然，如果想靈活的控制交流電機，那就必須確保勵磁經(jīng)過之前的分析表明，感應電機的矢量控制理基準。根據(jù)Clark和同步旋轉(zhuǎn)變換，三相定子交流電流ia、ig、ic先被轉(zhuǎn)換為兩流電機轉(zhuǎn)子總磁通ψ,變?yōu)镈C電機的磁通，M繞組等效于于直流電機的勵磁繞ic為輸入的三相交流電流，@,為轉(zhuǎn)速響應。θi圖1.1感應電機的坐標變換結(jié)構(gòu)圖以測得DC電機的控制，然后再進行與之對應的坐標逆變換。由等效控制理論，可以形成直接對@,、4,控制的矢量控制系統(tǒng)。如圖1.2所示iiii換s變換s變換器@.0圖1.2矢量控制系統(tǒng)的基本框圖由圖1.2可知，在整個矢量控制的過程中，我們將反旋轉(zhuǎn)變換VR?1與旋轉(zhuǎn)變20世紀七十年代初期，世界上第一次提出了矢量控制的概念，當時德國我們選取轉(zhuǎn)子磁場定向的研究方法。分析表明，如指定M-T坐標系中的M軸沿著轉(zhuǎn)子磁鏈ψ的方向稱為磁化軸，轉(zhuǎn)矩軸為T軸垂直于ψ。因此，坐標系M-T就轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)子磁場的定向坐標系，ψ則是擁有同步旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)矢量。所以：4m=4,,ψn=0對于交流感應電機有：um=u=0,電壓方程能夠轉(zhuǎn)換公式(4-6)可知，通過坐標變換后，定子電流就會被解耦從而形成兩個直流分量im、i,轉(zhuǎn)子磁鏈ψ,只取決于直流分量中的定子電流勵磁分量ism,和轉(zhuǎn)數(shù)為一階慣性環(huán)節(jié)，當im突然發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子磁鏈會受到i,m慣性的影響，這是說當ψ,恒定時，轉(zhuǎn)矩T會立馬跟隨轉(zhuǎn)矩分量i的變化而成正比變化。因此，變換i矢量旋轉(zhuǎn)變換T綜上所述，在調(diào)速過程在中，只有保證轉(zhuǎn)子磁鏈不變的前提下，才能使磁場定向控制的動態(tài)性能與直流媲美。矢量控制有兩種控制方式：直接磁場定向控制和間接磁場定向控制，它們具體取決于轉(zhuǎn)子磁鏈反饋控制是否在控制方案及其觀測中進行。間接磁場定向控制也被稱作轉(zhuǎn)差頻率控制。吃++十ATRAyRφ77M3~M3~1ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、ATR-轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、AψR-磁鏈調(diào)節(jié)器根據(jù)圖1.4可以看出，該系統(tǒng)包含速度控制回路和磁鏈控制回路，是個常見的速度和磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。將給定速度和轉(zhuǎn)速反饋進行對比，通過比例-積分的速度調(diào)節(jié)器，在速度內(nèi)環(huán)中加入轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)控制，從而速度和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的解耦性能都得到了一定的提升。在圖1.4中，由于轉(zhuǎn)矩的內(nèi)環(huán)會克服磁鏈控制對象產(chǎn)生的阻擾，轉(zhuǎn)速的子系統(tǒng)會因此受到改變，使其被磁鏈變化所產(chǎn)生的號，則脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)必須采用電流滯環(huán)控制。其根據(jù)轉(zhuǎn)差公式w?=Lmis/T,φ,組成轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)，并按照公式其控制方案如圖1.5。PIφ@千+電壓指令計算l一紅，S圖1.5間接矢量控制方框圖致它的性能不如閉環(huán)控制系統(tǒng)。廣。主要缺陷之一就是動態(tài)性能會受到電機參數(shù)的影響。1.2空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)通斷，從而改變定子電流的頻率與幅值。由此可見，實時準確地生成六路PWM空間矢量PWM波是一種脈寬調(diào)制波，它的產(chǎn)生是來自三相功率逆變器六個功率開關元件的特定開關模式。SVPWM異于傳統(tǒng)的正了直流電壓的利用率。圖1.6為電力逆變器圖，將直流側(cè)的端口設置為參照點，則引導頂管時輸出電壓為Ua/2,引導底管時輸出電壓為-Ua/2。上式中：,且ua,ub,u.分別代表逆變器的三相上橋臂的開關狀態(tài)。ββUref365明該周期中出現(xiàn)的合成矢量就越多。合成參考矢量Ue,由兩個彼此最近的有效矢量U?,U?和零矢量進行合成，等效矢量則按伏秒平衡的原則來合成，則有：T?——U?作用時間T?——U?作用時間T?——U?(U?)的作用時間零矢量的作用在于補足T?,T?外的時間，導致矢量的合成的過程中不會受到干擾。根據(jù)等式兩邊實部等于虛部得：隨著基準電壓空間矢量長度的不斷增大，基準輸出電壓的幅值也隨之呈線性增長，T?,T?也呈線性增大，T。逐漸減小。然而，為了讓合成矢量在線性區(qū)域之中，則必須滿足以下等式：為了得到對稱的波形，應將各矢量的作用時間分成兩部分，而零矢量時間分成兩個零矢量和。形成的開關序列為：如圖1.8所示。直流電壓的利用率不僅得到了提升，同時逆變器輸出的諧波含量又減少了。則(4-8)式可以表示為：I1.2.2SPVWM的實現(xiàn)通過對合成矢量U的判斷，然后分析Ua和Uβ之間的關系，就能獲得以下a.如果Uβ>0,則A=1,否則A=0;扇區(qū)為：N=A+2B+4C,Ua和Uβ分別為合成矢量U的α,β軸的分量。2)計算X,Y,Z和T,T?T,T?表示不同扇區(qū)內(nèi)相鄰向量的作用時間。T,T?數(shù)值的計算能夠轉(zhuǎn)換為以下數(shù)值的計算。