基于参考向量角度预测的三电平并联APF的电压平衡策略

基于参考向量角度预测的三电平并联APF的电压平衡策略
基于参考向量角度预测的三电平并联APF的电压平衡策略

基于参考向量角度预测的三电平并联

APF的电压平衡策略

摘要——为了保持中性点侧(NPC)并联有源电力滤波器(APF)的中性点电压平衡,本文提出了一种基于预测参考矢量角度的中性点电压平衡策略。该策略考虑到了每个环节的每一个中性点电压向量和相应的切换序列的参考矢量的影响。通过调整参考向量的角度选择优化的转换序列,使直流母线电容电压保持平衡,维护和减少中性点电压纹波。用MATLAB模拟验证了该方法及其效果的有效性。

关键词——三电平逆变器;中性点电压平衡;有源电力滤波器(APF);空间矢量脉宽调制;角度预测

一、简介

随着电力电子装置以及其它非线性负荷的广泛应用,配电与传动系统中的谐波和无功功率问题已经越来越严重[1]。近年来,各种有源电力滤波器(APF)已经被用来消除谐波电流和补偿无功功率[2]。对于谐波补偿容量需求的增加,基于多电平电压源逆变器(VSI)拓扑结构的有源电力滤波器很好的解决了中、大功率工业中的应用问题,其中三电平中点钳位(NPC)结构是最有前途的一个[3]。

三电平结构不仅能对半导体开关产生较低的应力,也能减少逆变器输出的谐波含量。然而,三电平逆变器具有中性点电压不平衡的内在缺陷[4],引起了学术界广泛的研究。因此,本文提出并研究了中性点电压平衡的不同的调制策略和电压控制器。

在所有的调制算法中,正弦脉冲宽度调制(SPWM)和空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)是应用最广的两种算法。对于SPWM算法,适当的往调制信号里注入零序信号可以从本质上实现中点电压平衡[5]-[8]。但SPWM直流电压利用率低,在一定的操作条件下不能完全消除中性点电压的低频成分。SVPWM最近被应用到中性点平衡控制,因为它提供了改进的电能质量和更好的直流母线电压的利用率。[9]-[14]中用的在SVPWM下的算法是基于一对短矢量对中点电压的相反效果。在每一个新的开关周期内它选择正极或负极的短向量。因此,中性点电压通过改变切换顺序或排列的短向量的时间分布保持平衡。也就是说中性点电压在增加的开关转换以及复杂的计算密集型的控制算法的代价下才能保持平衡。更重要的是,该算法只能在理想的平衡负载的情况下工作,当负载瞬态变化时很难恢复。

在本文中,基于参考向量角预测的电压均衡策略提出了三电平并联型有源电力滤波器。该方法考虑了在每个扇区中的参考矢量的中性点电压和相应的切换序列的每个向量。该策略修正了参考电压矢量的角度,从而改变时间在某些部门扇区的定位。相对对应的小矢量的作用时间增加或减少取决于中性点电压不平衡。通过修改参考矢量角选择优化的开关序列,该策略包括直流母线电容电压平衡,减少中性点电压纹波。

二、三电平并联有源电力滤波器

三电平并联型有源电力滤波器作为一个受控电流源,它可以对相应的电流或谐波产生一个大小相等、方向相反的电流[15]。采用三电平NPC逆变器的有源电力滤波器补偿谐波和无功功率在高电压中高功率应用领域已广泛应用。如图1(a)所示,一个三电平APF是由电网,NPC逆变器,LCL滤波器和非线性负载构成的,其中NPC逆变器通过LCL滤波器连接到电网。

LCL滤波器的电容主要是用来过滤出高频开关纹波,它对低频电流有小的影响[16]。当输出电流的频率比LCL共振频率的一半还低时可以忽略。因此,在LCL型滤波器的反相滤波器可以简化到L型[ 17 ]的等效电路,等效电路如图(b)中所示。根据基尔霍夫电压定

律,等效电路的电压方程可以表示为

= L1 + L2是总的等其中Us为电网电压,Ui是有源电力滤波器的输出电压,L

T

效电感。在d-q坐标系中,(1)式可写作

其中ω是网格的角频率,Usd,Usq,id,iq,Uid,Uiq分别是Us,i和Ui在d轴和q轴的分量。结果表明,控制逆变器输出电压Usd和Usq可以有效控制输出电流id和iq,从而控制输出谐波和并联型有源电力滤波器的补偿电流。

图1.三电平NPC并联型APF(a)主电路(b)等效电路对三电平APF的控制图是如图2所示。它包括电流控制器,电压控制器,中性点电压平衡控制器等。首先,电流控制器采用PI控制器来控制基波电流,多谐振控制器来调节谐波分量。然后采用PI电压控制器控制器保持直流母线电压的平衡,中性点电压平衡控制器保持中性点的平衡。此外,SVPWM模块产生PWM信号驱动逆变器。

图2.控制系统框图

三、调制与工作策略分析

表1显示三电平NPC APF的开关状态。根据不同的开关状态,每一相有三种类型的终端电压等级(Vdc/ 2,0和Vdc/2),所以三相有27级输出,对应27个空间矢量状态。

表1.NPC并联型APF的开关状态(x=a,b,c)

图3中的并联型有源电力滤波器的三电平空间矢量图是由六个扇区的27个空间矢量构成的。这些空间向量可以分为四种类型:三个零向量,十二个短向量,六个中向量和六个长向量。

图3.并联型有源电力滤波器的三电平空间矢量图

中性点电压不平衡是由中性点的电流扰动引起的。并不是所有的矢量SVPWM 对中性点不平衡都有影响。图4显示对四型空间矢量不平衡的中性点电压的影响。零向量和向量不影响电压平衡因为没有中性点电流。然而,短向量和中向量影响中性点电压不平衡。短向量对中性点电位有直接的影响,但如果是一对短向量则会有相反的效果。中向量对中点电位可能有影响,但电压偏差的方向是不确定的。因此,短向量是用来平衡的中性点电压。中性点电压平衡SVPWM算法在基本思想是选择适当的短矢量合成参考电压矢量的基本矢量补偿电压不平衡。每个基本矢量的作用时间是由伏秒平衡原理计算。所需的PWM波形是由七或五级调制方法所产生的。

图4.4种空间向量对中性点不平衡的影响a)零向量b)短向量c)中向量d)长向量假设向量V1,V2和V3是在一个调制周期Ts的合成参考电压矢量Vref的基本载体,这样

其中T1,T2和T3分别为V1 V2和V3的有效时间。

参考向量位置的变化取决于谐波电流或补偿电流,由三电平NPC并联型有源电力滤波器补偿。中性点电压平衡对基本的小向量的影响在每个扇区都不同。从而保持中性点电压平衡,选择合适的小向量在某些扇区对于合成参考电压矢量要求很高。

该策略修正了参考电压向量的角度,从而改变时间在某些扇区的定位。相对对应的小向量的作用时间增加或减少取决于中性点电压不平衡。但在一个周期内的总时间与实际参考电压向量相同。

图5显示了所提出的SVPWM策略的详细分析。Vpo和Vpn分别表示直流母线电压的上下电压。ΔV= Vpo- Vpn上下直流母线电压的电压差。众所周知,中性点电压纹波频率大约是基波频率的三倍[ 4 ]。因此用一个频率是三倍基波频率并且有比例系数K的正弦波来修正角θ,地址参考向量分为六个扇区。改性后的角θm可表示如下

图5.参考向量修正角

四、仿真结果

为了验证提出的方法的精度,用MATLAB / SIMULINK建立一个三电平有源滤波器的仿真模型。该系统的主要参数列于表2。

表2.仿真参数

图6给出了当三电平NPC并联型APF补偿谐波电流是的仿真结果,其中图(a)是有源滤波器输出的线电压Vab,图(b)是C相负载电流iload,图(c)是APF的C相输出电流ic,(d)是电网电压Vgrid和电网电流igrid。可以注意到图6(d)中电网电流igrid 的形状是正弦,栅极电流的总谐波失真(THD)从最初的28.10%大大降低到3.13%。也就

是说,有源滤波器可以有效地消除谐波电流。

图6.补偿谐波和电流的仿真结果(a)线电压(b)负载电流(c)补偿电流(d)电网电压和电网电流

图7(a)显示补偿谐波电流后的直流母线电压,图(b)是图(a)的局部放大。可以看出,中性点电压偏差约2V,直流母线电压保持在800V。

图7.补偿谐波电流的仿真结果(a)直流母线电压(b)图(a)中1处的电容电压放大图图给出了当补偿谐波电流从最初的50%负荷到0.4秒钟后100%负荷工况的仿真结果。图8(a)是有源滤波器输出的线电压Vab,图(b)是C相负载电流iload,图(c)是有源滤波器C相输出电流ic,图(d)是电网电流igrid。从图中可以看出最初的电网电流波形在0.4秒接近正弦,振幅约170A。当改变负载到满荷时,并网电流波形仍然是正弦,振幅加倍到340A,在改变的时刻只有短暂的振荡。也就是说,APF系统保持稳定并可有效消除谐波电流,即使在负载突变的情况下。

图8.补偿谐波电流从最初的50%负荷到0.4秒钟后100%负荷的状况(a)线电压(b)负载电流(c)电网的补偿电流(d)栅极电流

图9(a)显示补偿谐波电流从最初的50%负荷到0.4秒钟后100%负荷状况下的直流母线电压。图(b),图(c)和图(d)分别是图(a)中1、2、3处的局部放大。可以看出,在负载变化前后的0.4秒内,中性点的电压偏差总是小于2V,直流母线电压都维持在800V。

图9.补偿谐波电流从最初的50%负荷0.4秒钟后100%负荷状况时(a)直流母线电压,(b)图(a)中1处的局部放大,(c)图(a)中2处的局部放大,(d)图(a)中3处的局部放大

五、总结

本文提出了三个层次的NPC并联APF和基于参考矢量角度预测的中性点电压平衡控制策略。在SVPWM原则的分析后,参考矢量夹角的基本思路预测方法被提出。修正角度的参考矢量被添加正弦波,其频率是提出的一个比例因数k的三倍,进而解决上述参照矢量分为六个扇区。修改后的策略从新修正了参考电压矢量的角度,以便改变在某些环节的时间。相对相应的小矢量有效时间的添加与减少都取决于中性点电压的不平衡。提出的该策略简单的实现只是因为上和下直流母线电压的引进没有被引入任何额外的开关转换。在电流补偿条件和负载突变的条件下进行了模拟实验。结果验证了提出的战略中性点电压平衡控制方法是有效的。

基于空间矢量控制(SVPWM)技术的三相电压型整流器设计

基于空间矢量控制(SVPWM)技术的三相电压型整流器设计 作者:佚名来源:本站整理发布时间:2010-9-9 10:54:01 [收藏] [评论] 传统的变压整流器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高,对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。消除电网谐波污染、提高整流器的功率因数是电力电子领域研究的热点。空间矢量PWM(SVPWM)控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。本文采用空间矢量技术对三相电压型整流器进行研究,使其网侧电压与电流同相位,从而实现高功率因数整流。 1 空间矢量控制技术 SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合,将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成,如图1所示。任意扇形区域的电压矢量V均可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。这几个矢量的作用时间可以一次施加,也可以在一个采样周期内分多次施加。也就是说,SVPWM通过控制各个基本空间电压矢量的作用时间,最终形成等幅不等宽的PWM脉冲波,使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转。主电路功率开关 管的开关频率越高,就越逼近圆形旋转磁场。 为了减少开关次数,降低开关损耗,对于三相VSR某一给定的空间电压矢量 ,采用图2所示的合成方法。在扇区I中相应开关函数如图3所示。零矢量均匀地分布在矢量

的起、终点上,除零矢量外, 由V1、V2、V4合成,且中点截出2个三角形。一个开关周期中,VSR上桥臂功率开关管共开关4次,由于开关函数波形对称,谐波主要集中在整数倍的开关频率上。 2 直接电流控制策略 三相VSR的电流控制策略主要分为直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制采用网侧电流闭环控制,提高了网侧电流的动、静态性能,并增强电流控制系统的鲁棒性。而在直接控制策略中固定开关频率的PWM电流控制因其算法简单、实现较为方便,得到了较好应用,在三相静止坐标系中,固定开关频率的PWM电流控制电流内环的稳态电流指令是一个正弦波信号,其电流指令的幅值信号来源于直流电压调节器的输出,频率和相位信号来源于电网;PI电流调节器不能实现电流无静差控制,且对有功电流和无功电流的独立控制很难实现。在两相同步旋转坐标系(d,q)中的电流指令为直流时不变信号,且其PI电流调节 器实现电流无静差控制,也有利于分别对有功电流 和无功电流 独立进行控制。 3 三相VSR数字控制系统 三相VSR数字控制系统结构如图4所示,控制系统采用电压外环和两个电流内环组成双环控制结构,电压环控制三相VSR直流侧电压,通过输出直流侧电压Vdc与给定参考电压 差值经过PI调节产生电流参考信号

电流与电压的关系向量图

用多功能电工表检验保护装置能否投入运行 发布时间:2007-1-22 10:50:20 浏览次数:20 古育文广东省梅县供电局(514011) 用负荷电流和工作电压检验是继电保护装置投入运行前的最后一次检查,对于某些保护装置是非常必要的,特别是在带有方向性的继电保护装置中,为了保护其动作正确,在投入运行前必须测量带负荷时的电流与电压的向量图,借此判断电流回路相序、相别及相位是否正确。通过多功能电工表可方便地实现上述功能,替换了以前用相位电压表法和瓦特表法两种繁琐的测量方法。下面结合实际谈谈如何用多功 能电工表来判断方向性的继电保护的接线是否正确。 在2002年10月28日我局所属的一个110kV变电所的电气设备进行电气试验, 经对试验结果进行分析、判断,发现110kV母线的B、C两相电压互感器内部绝 缘介质不良,严重威胁设备的安全运行。为了保证设备的安全运行,对这两相的电压互感器进行了更换。更换后,为了确保继电保护装置的动作正确,我们用多功能电工表(ST9040E型),进行了方向性继电保护装置的电流与电压的相位检查。 1测量方法 在测量前应先找出接入方向性的继电保护装置的电流、电压端子,在电压端子上用相序表检查所接入的电压互感器的二次接线相序应是正序(即是U A-U B-U C)。 然后用多功能电工表的电流测量钳钳住电流端子的A相电流线(假定电流端子接线正确),用多功能电工表的电压测量表笔依次与A、B、C三相的电压端子接触牢靠,将所测得的数据填入表1。用此法依次测量B、C相的电流与电压的相位值,所测得的数据也填入表1。

表1电流、电压和相位值 电压(V) 电流(A) 相位(°) I A=0.9I B=0.91I C=0.9 U A=60197316.873 U B=60.577.8195313.5 U=60 31776.3193 据上表的数据用AUTOCAD2002软件绘出电流向量图,见图1。 图1电流向量图(六角图) 2根据六角图判断接线 六角图作出后,根据测量时的功率的送受情况,判断接线是否正确。这对检验方向 保护,特别是差动保护接线是行之有效的。 功率的送受情况有以下四种: (1)有功与无功功率均从母线送往线路,电流向量应位于第I象限; (2)有功功率从母线送往线路,无功功率由线路送往母线,电流向量应位于第II象

电压空间矢量研究及Matlab仿真

近年来,电机的空间矢量理论被引入到逆变器及其控制中,形成和发展了空间矢量 PWM(SVPWM)控制思想。其原理就是利用逆变器各桥臂开关控制信号的不同组合,使逆变器输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。空间矢量脉宽调制技术,不仅使电机脉动降低,电流波形畸变减小,且与常规正弦脉宽调制(SP-WM)技术相比,直流电压利用率有很大提高,并更易于数字化实现。 1 电压空间矢量调制(SVPWM)算法 SVPWM是以磁链跟踪控制为目标,使逆变器瞬时输出三相脉冲电压合成的空间电压矢量与期望输出三相正弦波电压合成的空间电压矢量相等。对于三相电压型逆变器而言,它有8种工作状态,用矢量表示这8种空间状态,如图1所示。 介绍SVPWM工作原理的相关文献很多,这里不再细述,以下给出算法步骤: (1)判断参考电压矢量Vref所在扇区 引入三个中间变量A,B,C:

则扇区号:S=A+2B+4C。 (2)计算扇区的有效电压空间矢量和零矢量的作用时间Tx,Ty和T0 引入三个中间变量X,Y和Z: 对于不同的扇区,Tx,Ty按表1取值。 饱和判断:Tyout。

计算零电压矢量作用时间:T0=TPWM-Tx-Ty。 (3)开关切换时间分配 先定义空间矢量切换点分别为: 则根据空间矢量所处的扇区不同,晶体管的切换时间Tcm1,Tcm2,Tcm3分别如表2所示。

Simulink仿真环境下可以方便地利用模块和软件编程扩展进行仿真。根据上述实现方法,构造了如图2所示的Simulink仿真模型。

在模型中使用Repeating Sequence模块作为双向定时计数器,与SVPWM调制波进行比较,其输出作为滞环比较器的输入。Matlab语言编写的S函数则作为比较值的计算与分配单元。 2 仿真与分析 仿真对象:SVPWM与永磁同步电机。通过Matlab仿真得到的波形如图3所示。

变频器电压空间矢量脉宽调制

变频器电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制时间:2011-10-07 来源:未知编辑:电气自动化技术网点击:1071次字体设置: 大中小 经典的正弦脉宽调制(spwm)控制着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波,并未顾及输出电流的波形如何,更未考虑电动机中产生的旋转磁场。然而交流电动机需要输入三相正弦波的最终目的是在电动机气隙形成圆形的旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩。如果对准这一目标,把逆变器和交流电动机视为一体,按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作,其效果应该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”,下面的讨论将表明,磁链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(space vector pwm,简称svpwm)控制”。 4.1 电压空间矢量 随时间按正弦规律变化的物理量可在复平面上用时间相量表示,而在空间呈正弦分布的物理量也可在复平面上表示为一个空间矢量。图4-1a)绘出了异步电动机定子三相绕组接线图,图中箭头所指为相应物理量的给定正方向。在空间呈正弦分布的三相定子绕组磁动势可用空间矢量f a、f b、f c表示,见图4-1b),它们分别座落在代表三相定子绕组轴线空间位置的a、b、c轴上,而三相绕组合成磁动势的空间矢量为图中的f s。 f s=f a+f b+f c(4-1) 式中,f a、f b、f c的模均在各自的绕组轴线上按正弦规律作脉动变化,时间相位分别差2π/3。它们的合成磁动势空间矢量f s则绕定子参考坐标系的原点o以同步角频率旋转。当三相定子绕组电流为对称的三相正弦电流时,fs的幅值为常数,是各相磁动势幅值的3/2倍,矢量顶端的运动轨迹是一个圆,即通称的圆形旋转磁场。

向量六角图

什么是向量六角图?如何用? 所谓六角图 就是利用功率表测量电流相位的一种方法,它是一种简单有效的相位检测方法。利用六角图能正确的判断出: 1)同一组电流互感器三相电流之间的相位是否正确。 2)功率方向继电器接线是否正确。 3)差动保护中不同组别电流互感器的电流相位是否正确。 4)电流互感器变比是否正确。因此,向量六角图在实际应用中具有相当广泛的用途。 六角图的原理 在一定坐标系统中,任何相量都可以用它在任何两个相交轴上的垂直投影来表示。根据这一原理,我们采用的坐标系统是互成120’的三相对称电压系统。由于线电压不受零序电压的干扰,所以采用三相线电压作为测量三相电流相位的基准量。在相量图中,被测电流在一个电压相量上的投影,可以确定该电流相量端点的轨迹;在两个电压相量上的投影,可以确定被测电流相量端点的位置(即电流的相位和大小);用此方法得出不同方向的电流数值,进行矢量计算,即可检验结果的准确性。 六角图实验 将被测电流Ia按规定极性接入功率表的电流端子,再将同一系统的电压Uab、Ubc、Uca按规定极性依次接入同一功率表的电压端子,分别读取Uab、Ubc、Uca电压下的功率表的读数(其读数有正、负),再依次将Ib、Ic接入功率表重复上述试验。 六角图的画法 在以互成120’的三相对称电压坐标系统中,分别根据实验所得数据进行画线。

例某变电所2号主变更换CT后测得110kV侧数据如附表所示。 如附图所示,在UAB,UBC,UCA互成120‘的三相电压组成的坐标系中,根据试验所得数据画线。 1)垂直—UAB,取值为54画直线L1 2)垂直—UBC,取值为2画直线L2 3)垂直UCA,取值为56画直线L3 二条直线相交与一点,从坐标原点到三条直线相交点画一直线,即为电流入同样的方法作出IB,Ic,这样一张六角图就做出来了。 根据这张六角图就可以进一步进行分析。 在进行六角图实验时,需要了解有功功率的输送情况,功率因数或无功功率的大致的数值,才能得出正确的判断,在这些情况没有很好的了解时(如两端有电源的线路,在通过线路输送的有功功率甚少,或摆动不定时)最好不要进行六角图的实验,进行六角图实验一般应选择输送功率很稳定的时候进行。 利用六角图可以方便简单快捷的测量电流的相位,能够快速判断功率方向继电器等的接线是否正确,因此,熟练掌握六角图是非常必要和有意义的。 附表 110kV侧 电压 黄(Ia) A-B B-C C-A A-B

电压空间矢量脉宽调制

电压空间矢量脉宽调制技术的原理与特征分 析 收藏此信息打印该信息添加:袁登科陶生桂龚熙国来源:未知 1 引言 自从1964年德国a.schonung等学者率先提出了脉宽调制变频的思想—把通信系统的脉宽调制(pwm)技术应用于交流电气传动以来,至今已经出现了几十种不同的脉宽调制技术[1] [2]。脉宽调制技术控制的逆变器可以输出比传统方波逆变器性能好得多的电压波形,但它们各自的着眼点不同、各次谐波分量不同、引起电机的谐波损耗不同、对中间回路电压的利用率不同。其中电压空间矢量pwm技术中间直流回路电压的利用率较高、输出波形含有较少的谐波分量、引起的电流、转矩的脉动也较小,同时也非常有利于数字化实现,因此是非常有前途并且应用也非常广泛的一种pwm技术。本文对该脉宽调制技术的数学基础、原理、几何特征以及不同的调制区域进行了详细的分析,有助于加深对该技术的理解和对该技术的改进。 2 电压空间矢量的概念 电压空间矢量的定义式为: 由于公式中出现了虚数单位j,所以上式电压矢量是用复数表示的。可以求得其实部与虚部分别为:

根据其对应关系可以求出,采用电压矢量实部与虚部表示的三相电压为: 上面两式(2)与(3)也是在坐标变换中经常见到的3/2与2/3变换。当使用电压矢量来表示三相电压时,则有: 式中的re{z}表示取复数z的实部。 一般情况下,三相电压均是时间的变量。首先考虑某一时刻t=t0,那么此时电压矢量在空间内就是具有某一确定方向和长度的有向线段。在不同时刻,它就对应着不同方向或长度的有向线段。假定三相电压为正弦交流电,即 此时的电压空间矢量为: 可见此时的电压矢量的幅值是恒定的,与相电压峰值相等,而其幅角随时间线性增长,且速度为相电压电角频率。这即是说电压矢量端点的轨迹在空间内是一个圆。

电气矢量计算

矢量图及矢量计算 编辑ABC569499305 2012年10月22日 一、电网电源矢量图 电网电源的矢量表示方式。三相电源互差120o,,相电压相序依次为U A(U AO)、U B(U BO)、U C(U CO),线电压相序依次为U AB、U BC、U CA。矢量图上各个电压用带箭头的线段和带下标的字母来表示,下标的第一个字母是电压的高电位端,如U AB表示A 端的电位高于B端,在矢量图上箭头指向A。如下图 二、两台单相互感器V/V连接方式与矢量图 1、接线方式。 两台单相互感器V/V连接有多种方式,通常接法是首尾连接法。电压互感器一次侧与二次侧接线柱傍都有标记。老标准一次侧首端为A,末端为X,二次侧首端为a,末端为x。新标准一

次侧首端为A,末端为B,二次侧首端为a,末端为b。通常接线方式为一次侧AB-AB,二次侧ab-ab。实物接线图(右)及接线原理图(左)如下。 2、矢量图。 V/V连接的电压互感器一次侧电压的矢量关系与电源是一致的,在接线原理图上的标示如上右图(参见“三相矢量图”)。电压互感器二次侧的电压是从一次侧感应过来的,各相电压的相位、相序是不会改变的。这样我们就可以根据两个互感器一次侧的矢量图和一二次侧的同名端,在接线原理图上标出二次侧电压方向(上左图中的箭头)。依照接线原理图上电压方向(上左图中的箭头),参照矢量图就可以绘制出两个互感器二次侧矢量图。具体方法如下: 1、u ab与U AB(电源线电压)相位相同(参见三相矢量图),即与水平线成60度夹角,箭头左上方。u bc与U BC相位相同,即与水平线成0度夹角,箭头向右。

2、从接线原理图上表示电压方向的箭头得知,u ab的箭尾是与u bc的箭头是相连的。 根据上述两点,把两条带箭头的线段组合在一起,二次侧u ab 与u bc的相位图就绘制完成。如下图 3、矢量计算 从矢量图得知,u ab与u bc是相加的关系(首尾相接的矢量,就是相加关系)。在做矢量加法计算时,把u ab与u bc两个矢量图首尾相接,第一个矢量图的尾端与最后一个矢量图的首端(箭 头)之间的连线就是各个矢量之和。连线的长度就是该矢量和的 绝对值,将该连线在最后一个相加的矢量箭头处加上箭头,该带 箭头的连线就是矢量和的矢量图。(矢量差的计算方法是,两个 矢量的末端连在一起,两个首端之间的连线就是矢量差,矢量差 的箭头标在被减矢量的箭头处)。 用几何法求u ca 。u ab与u bc的夹角为60度,

变频器的VF控制与矢量控制

变频器的V/F控制与矢量控制 U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。 一、矢量控制(VC)方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 V/F控制与矢量都是恒转矩控制。U/F相对转矩可能变化大一些。而矢量是根据需要的转矩来调节的,相对不好控制一些。对普通用途。两者一样 1、矢量控制方式—— 矢量控制,最简单的说,就是将交流电机调速通过一系列等效变换,等效成直流电机的调速特性,就这么简单,至于深入了解,那就得深入了解变频器的数学模型,电机学等学科。 矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理,根据异步电动机的动态数学模型,利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量,对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制。 在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦,从而达到控制异步电动机转矩的目的,使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。 具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 2、V/F控制方式—— V/F控制,就是变频器输出频率与输出电压的比值为恒定值或成比例。例如,50HZ时输出电压为380V的话,则25HZ时输出电压为190V。 变频器采用V/F控制方式时,对电机参数依赖不大,V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性,基于在改变电源频率进行调速的同时,又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的,通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单,但是这种变频器采用开环控制方式,不能达到较高的控制

空间电压矢量脉宽调制技术_SVPWM_在DSP中的实现步骤

空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)在DSP中的实现步骤 总体空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)在DSP中的实现步骤: (1)获得SVPWM的输入信号UALFA,UBETA, UD,UQ经过IPARK变换得到输入信号UALFA,UBETA; (2)利用输入信号UALFA,UBETA确定扇区变量P,再通过扇区变量P确定扇区Sector; (3)利用输入信号UALFA,UBETA计算中间变量X,Y,Z,再根据不同扇区利用中间变量X,Y,Z计算t1,t2; (4)利用t1,t2计算中间变量Taon,Tbon,Tcon,再根据不同扇区利用中间变量Taon,Tbon,Tcon,计算Ta,Tb,Tc; (5)利用Ta,Tb,Tc计算占空比MfuncC1,MfuncC2,MfuncC3,之后再计算全比较器参数赋值CMPR1,CMPR2,CMPR3. 详细空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)在DSP中的实现步骤: (1)获得SVPWM的输入信号UALFA,UBETA; 图1 PMSM矢量控制总体框图 各位初学者应该首先明白空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的输入是电压量Ualfa,Ubeta。Ualfa,Ubeta是通过IPARK变换得到的。记住原理是原理,实践是实践,两者不同!多看看TI的例程和PDF说明文档,很有帮助!

图2 SVPWM 模块框图 (2)利用输入信号UALFA,UBETA 确定扇区变量P,再通过扇区变量P 确定扇区Sector ; 计算三个中间变量B 0,B 1,B 2: 0011221sin 60sin 3022sin 60sin 30122 B U B U B U U B U U B U U B U U β βαβα βαβαβ??=?=? ??=??=????? =????=? ???o o o o o 在使用符号函数1 ()0 x sign x x >?=?

永磁同步电机空间矢量调制原理与设计

空间矢量调制原理与设计 3.3.1空间矢量调制原理 空间矢量调制技术(SVPWM )是从电机的角度出发,在电机坐标变换理论和电机统一理论的基础上建立电机数学模型,通过逆变器不同开关状态的变化,使电机的实际磁链最大限度的逼近理想磁链圆。SVPWM 的形成是在20世纪80年代,德国科学家H.W.Vanderbroeck 博士在脉宽调制中引入了空间矢量技术,其目标是利用逆变器在不同开关状态下产生的八个基本电压空间矢量(两个零电压空间矢量和六个非零电压空间矢量)合成所需要的电压空间矢量。其主要的思想是在一个PWM 周期内,选择相邻的两个非零电压矢量和零电压矢量,通过合理分配电压矢量的工作时间来合成所需的参考电压空间矢量。跟直接的正弦波调制技术相比,采用SVPWM 算法的逆变器输出电压谐波小,畸变少,从而定子绕组中的电流谐波也少,具有较高的直流电压利用率。SVPWM 的控制方案有三个部分,即三相电压的区间分配、空间矢量的合成和控制算法,一般来说,SVPWM 的算法主要根据以下步骤完成: (1) 判断参考空间电压矢量的所处扇区; (2) 计算所在扇区的开关空间电压矢量的工作时间; (3) 根据电压矢量工作时间合成 PWM 信号。 本文将三相逆变器及永磁同步电机结合起来分析SVPWM 算法的原理,如图2-3所示。其输出电压由三对功率开关器件控制开通,由于逆变器的上桥臂和下桥臂开关状态互补,因此可以用a 、b 、c 三个功率器件的开关状态来描述逆变器的工作状态,共有八种组合,分别对应着八种开关模式下的线电压和相电压,如表2-1所示,其中1代表功率器件的开状态,0代表关状态。与三相电压对应的α-β坐标系下的方程为 ??????????????????????-- -=??????C B A U U U u u 232302121132βα 图2-3 三相逆变器及负载结构图 表2-1中所列的us α、us β电压值为基本空间矢量的α、β分量,其对应着是开关管的开关信号(a, b , c )。根据8种开关序列所产生的2个零电压空间矢量和6个非零基本电压空间矢量可以得到如图2-4所示的SVPWM 空间电压矢量图。 表2-1 功率器件不同开关模式下的相电压和线电压和空间矢量

VF控制与矢量控制 瞬间弄懂

针对异步电机,为了保证电机磁通和出力不变(转矩不变),电机改变频率时,需维持电压V和频率F的比率近似不变,所以这种方式称为恒压频比(VF)控制。VF控制-控制简单,通用性强,经济性好,用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。从本质上讲,VF控制实际上控制的是三相交流电的电压大小和频率大小,然而交流电有三要素,就是除了电压大小和频率之外,还存在相位。VF 控制没有对电压的相位进行控制,这就导致在瞬态变化过程中,例如突加负载的时候,电机转速受冲击会变慢,但是电机供电频率也就是同步速还是保持不变,这样异步电机会产生瞬时失步,从而引起转矩和转速振荡,经过一段时间后在一个更大转差下保持平衡。这个瞬时过程中没有对相位进行控制,所以恢复过程较慢,而且电机转速会随负载变化,这就是所谓VF控制精度不高和响应较慢的原因。 矢量控制国外也叫磁场定向控制,其实质是在三相交流电的电压大小和频率大小控制的基础上,还加上了相位控制,这个相位在具体操作中体现为一个角度,简单的讲就是电机定子电流相对于转子的位置角。 综上,我觉得矢量控制和VF控制的最本质的区别就是加入了电压相位控制上。从操作层面上看,矢量控制一般把电流分解成转矩电流和励磁电流,这里转矩电流和励磁电流的比例就是由转子位置角度(也就是定子电压相位)决定的,这时转矩电流和励磁电流共同产生的转矩是最佳。宏观上看,矢量控制和VF控制的电压,电流,频率在电机稳定运行时相差不大,都是三相对称交流,基本上都满足压频比关系,只是在瞬态过程如突加、突减负载的情况下,矢量控制会随着速度的变化自动调整所加电压、频率的大小和相位,使这个瞬时过程更快恢复平衡。 变频器采用V/F控制方式时,对电机参数依赖不大,一般强调“空载电流”的大小。变频器作矢量控制时,对电机参数的依赖很大,所以必须对电机作旋转

空间矢量脉宽调制(SVPWM)的开环

采用空间矢量脉宽调制(SVPWM )的开环 VVVF 调速系统的综合实训 一、实验目的 1、理解电压空间矢量脉宽调制(SVPWM )控制的基本原理。 2、熟悉MCKV 电机控制系统的CPU 模块、IPM 模块和机组各部分硬件模块,并确认工作正常。 3、了解SVPWM 变频器运行参数和特性。 二、实验内容: 1、熟悉CCS 编程环境,并在CCS 下编译、下载、运行DSP 软件工程。 2、观察并记录定子磁链周期和频率,并分析他们之间的关系。 3、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形)(t f i v =与)(t f n =; 三、实验预习要求 1、阅读并掌握三相交流异步电机VVVF 调速系统工作原理。 2、了解电压空间矢量脉宽调制(SVPWM )控制的基本原理。 3、阅读本次实验指导书和实验程序,写好实验预习报告。 4、在MATLAB/Simulinlk 环境中搭好仿真模型,结合本程序LEVEL1功能框图,完成电流速度双闭环系统交流异步电机矢量控制仿真。 四、实验原理 当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时,电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定,并以恒速旋转,磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转矢量(磁链圆)。SVPWM 就是着眼于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相平衡正弦波电压源供电时所形成的基准磁链圆,使逆变电路能向交流电动机提供可变频电源,实现交流电动机的变频调速。 现在以实验系统中用的电压源型逆变器为例说明SVPWM 的工作原理。三相逆变器由直流电源和6个开关元件( MOSFET) 组成。图1是电压源型逆变器的示意图。 图1 电压源型逆变器示意图

对于每个桥臂而言,它的上下开关元件不能同时打开,否则会因短路而烧毁元器件。其中A 、B 、C 代表3 个桥臂的开关状态,当上桥臂开关元件为开而下桥臂开关元件为关时定义其状态为1 ,当下桥臂开关元件为开而上桥臂开关元件为关时定义其状态为0。这样A 、 B 、 C 有000 、001 、010 、011 、100 、101 、110 、111共 8种状态。逆变器每种开关状态对应不同的电压矢量,根据相位角不同分别命名为U 0(000)、U 1(100)、U 2(110)、U 3(010)、U 4(011)、U 5(001)、U 6(101)、U 7(111)如图2所示。 图2 基本电压空间矢量 其中U 0(000)和U 7(111)称为零矢量,位于坐标的原点,其他的称为非零矢量,它们幅值相等,相邻的矢量之间相隔60°。如果按照一定顺序选择这六个非零矢量的电压空间矢量进行输出,会形成正六边形的定子磁链,距离要求的圆形磁链还有很大差距,只有选择更多的非零矢量才会使磁链更接近圆形。 SVPWM 的关键在于用8个基本电压空间矢量的不同时间组合来逼近所给定的参考空间电压矢量。在图3中对于给定的输出电压U ,用它所在扇区的一对相邻基本电压x U 和60 x U 来等效。此外当逆变器单独输出零矢量时,电动机的定子磁链矢量是不动的。根据这个特点,可以在载波周期内插入零矢量,调整角频率,从而达到变频目的。 图3 电压空间的线性组合

三相同步发电机的电压向量图原文

Voltage Diagrams of the Three-Phase Synchronous Generator on Balanced Load The voltage diagram is of very great importance for analyzing working conditions in a synchronous machine. It is possible to obtain from the voltage diagram the per cent variation of the synchronous generator voltage, the voltage increase with a drop in load and drop voltage for the transition from operation on no-load to operation on-load. The solution of these problems is of great importance: (1) for initial machine design when the necessary excitation current values are to be determined under various operating conditions and (2) when testing a finished machine to decide whether the machine conforms to given technical specifications. By using a voltage diagram, it is also possible to determine the operating conditions of a machine without actually applying the load, something which becomes especially difficult when the machine is of large rating. The voltage diagrams make it possible to obtain the fundamental performance characteristics of a machine by means of calculation. Finally, the voltage diagram allows to determine the power angle θ between the e. m. f. produced by the excitation field and the voltage across the terminals. Angle θplays a very important role in the analysis of the torque and power developed by a machine both in the steady-state and transient conditions. The vector difference between the e. m. f. E0due to the excitation flux and the terminal voltage V of a synchronous machine depends on the effect of the armature reaction and on the voltage drop in the active resistance and leakage inductive reactance of the armature winding. Since armature reaction depends to a very great extent on the type of the machine ( salient-pole or non-salient-pole ) , kind of load ( inductive, active or capacitive ) and on the degree of load symmetry ( balanced or unbalanced ) , all these factors must be duly considered when plotting a voltage diagram. It is necessary to bear in mind that all the e. m. f. s and voltages that participate as components in the voltage diagram should correspond to its fundamental frequency; therefore, all the e. m. f. s and voltages must preliminarily be resolved into harmonics and from each of them the fundamental wave must be taken separately. In the chapter where the armature reaction is considered an analysis was carried out which allowed to obtain the fundamental voltage wave produced by the armature field components revolving in step with the machine rotor. When a new machine is being commissioned, a vector diagram is plotted from the test data obtained from the experimental no-load and short-circuit

SVPWM空间矢量脉宽调制

SVPWM 空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation) SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,以三相逆变器不同开关模式作适当的切换,从而形成PWM波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发,以生成一个可调频调压的正弦波电源,而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑,模型比较简单,也便于微处理器的实时控制。 普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。这六个开关器件组合起来(同一个桥臂的上下半桥的信号相反)共有8种安全的开关状态. 其中000、111(这里是表示三个上桥臂的开关状态)这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区,共六个扇区,利用这六个基本有效矢量和两个零量,可以合成360度内的任何矢量。 当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量,而后用这两个基本矢量矢量去表示,而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。用电压矢量按照不同的时间比例去合成所需要的电压矢量。从而保证生成电压波形近似于正弦波。 在变频电机驱动时,矢量方向是连续变化的,因此我们需要不断的计算矢量作用时间。为了计算机处理的方便,在合成时一般是定时去计算(如每0.1ms计算一次)。这样我们只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总合可能并不是0.1ms(比这小),而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。由于在这样的处量时,合成的驱动波形和PWM很类似。因此我们还叫它PWM,又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的,所以就叫它SVPWM了。 需要明白的是,SVPWM本身的产生原理与PWM没有任何关系,只是像罢了。SVPWM的合成原理是个很重要的东东,它并不只用在SVPWM,在其它一些应用中也很有用的。当你见到时就明白了。具体可以参看IEEE的很多论文。 当然,SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同,但是他们确实殊途同归的。SPWM由三角波与正弦波调制而成,而SVPWM却可以看作由三角波与有一定三次谐波含量的正弦基波调制而成,这点可以从数学上证明。 SVPWM特点: 1.在每个小区间虽有多次开关切换,但每次开关切换只涉及一个器件,所以开关损耗小。 2.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波,计算简单。 3.逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压,比一般的SPWM逆变器输出电压高15%

电力行业向量六角图说明及其使用

电力行业向量六角图说明及其使用 2009年04月11日星期六 18:02 所谓六角图 就是利用功率表测量电流相位的一种方法,它是一种简单有效的相位检测方法。利用六角图能正确的判断出: 1)同一组电流互感器三相电流之间的相位是否正确。 2)功率方向继电器接线是否正确。 3)差动保护中不同组别电流互感器的电流相位是否正确。 4)电流互感器变比是否正确。因此,向量六角图在实际应用中具有相当广泛的用途。 六角图的原理 在一定坐标系统中,任何相量都可以用它在任何两个相交轴上的垂直投影来表示。根据这一原理,我们采用的坐标系统是互成120’的三相对称电压系统。由于线电压不受零序电压的干扰,所以采用三相线电压作为测量三相电流相位的基准量。在相量图中,被测电流在一个电压相量上的投影,可以确定该电流相量端点的轨迹;在两个电压相量上的投影,可以确定被测电流相量端点的位置(即电流的相位和大小);用此方法得出不同方向的电流数值,进行矢量计算,即可检验结果的准确性。 六角图实验 将被测电流Ia按规定极性接入功率表的电流端子,再将同一系统的电压Uab、Ubc、Uca按规定极性依次接入同一功率表的电压端子,分别读取Uab、Ubc、Uca电压下的功率表的读数(其读数有正、负),再依次将Ib、Ic接入功率表重复上述试验。 六角图的画法 在以互成120’的三相对称电压坐标系统中,分别根据实验所得数据进行画线。 例某变电所2号主变更换CT后测得110kV侧数据如附表所示。 如附图所示,在UAB,UBC,UCA互成120‘的三相电压组成的坐标系中,根据试验所得数据画线。 1)垂直—UAB,取值为54画直线L1 2)垂直—UBC,取值为2画直线L2 3)垂直UCA,取值为56画直线L3 二条直线相交与一点,从坐标原点到三条直线相交点画一直线,即为电流入同样的方法作出IB,Ic,这样一张六角图就做出来了。根据这张六角图就可以进一步进行分析。 在进行六角图实验时,需要了解有功功率的输送情况,功率因数或无功功率的大致的数值,才能得出正确的判断,在这些情况没有很好的了解时(如两端有电源的线路,在通过线路输送的有功功率甚少,或摆动不定时)最好不要进行六角图的实验,进行六角图实验一般应选择输送功率很稳定的时候进行。利用六角图可以方便简单快捷的测量电流的相位,能够快速判断功率方向继电器等的接线是否正确,因此,熟练掌握六角图是非常必要和有意义的。 电压110kV侧 黄(Ia)绿(Ib)红(Ic) A-B-54 B-C-2-53.5 C-A+56-3-52 A-B+57-3 B-C+56

空间矢量脉宽调制SVPWM控制法

第三节空间矢量脉宽调制SVPWM控制法 1.3.1 电压空间矢量SVPWM技术背景 我们先来回顾一下交流异步电机的工作机理:三相平衡的交流电压在电机定子绕组上产生三相平衡的交流电流;三相平衡的交流电流在定子内腔产生一个幅值恒定的磁链,该磁链在定子内腔旋转,旋转的角速度与电源(电流)的角速度相同;旋转的轨迹形成一个圆形的空间旋转磁场;旋转磁场通过电磁力矩带动转子旋转,在电动机状态下,转子旋转的角速度低于旋转磁场的角速度:转差,转差提交流异步电机产生力矩的根本原因。 前面所讨论的SPWM技术是从电源的角度出发,来合成电机的激励源。由交流异步电机的工作机理我们想到:可不可以直接从动力源出发,来直接合成一个圆形的旋转磁场呢?如果可以,这样的控制方法显然更直接,效果应更好。 如何直接合成一个圆形的旋转磁场呢? 对于交流电机,我们注意到以下的事实: 电机定子是固定的,不旋转的; 施加在定子上的电压是三相平衡的交流电:幅度相同,相位上彼此偏差120o; 自然地,我们想到:定义异步电机的三相定子绕组上的电压为平面上的一静止坐标系的三个轴,电机的相电压在各自的轴向上依正弦规律变化。见图2-1-10。 图2-1-10:相电压空间矢量图 由图2-1-10知,三个电压轴向量不同线性组合可以合成该平面上的任一个电压矢量u,即:

ππ34332201***j j j e A e A e A ++= 当三个电压轴向量对应于三相平衡交流电时,即:t U A m ωsin 1=, )32sin(2πω+=t U A m ,)3 4sin(3πω+=t U A m ,不难得到,所合成的电压矢量为: )sin (cos 2 3t j t U m ωω+= jwt m e U 2 3= 式(2-3-1) 由式(2-3-2)知,所合成的电压空间矢量具有以下特征: 电压矢量模(幅值)恒定; 电压矢量绕中性点旋转,旋转的轨迹是一个圆; 电压矢量绕中性点匀速旋转,旋转的角速度为ω; 电压矢量旋转的角速度与交流电源(电流)的角速度相同。 我们来看看电压空间矢量与空间旋转磁链之间的关系。 根据电机学理论,空间电流矢量,空间磁通矢量,电压空间矢量之间的关系为: dt d r i u ψ+=* 其中r *是电机绕组上的阻抗压降,在电机转速不是很低的情况下,通常可以忽略。于是上式可以写成: dt d ≈ 我们知道是一个空间旋转磁场:jwt m e ψ=, 于是=ψ=ψ≈+ππωωωω21)21(***)(j t j m t j m e e dt e d 式(2-3-2) 很明显,电压空间矢量,空间磁通矢量存在一维的线性关系,电压空间矢量的幅值(模)只与电机的角速度ω(转速)有关;相位上超前 π2 1。不难理解,这是由电机的电感属性引起的。 于是空间旋转磁场的特性可以用空间电压矢量的特性来等效。

电压空间矢量PWM控制

文章编号:1009-0193(1999)04-0086-05 电压空间矢量(磁链追踪)PWM控制 研究与仿真 翁颖钧,吴守箴 (上海铁道大学电气工程系,上海200331) 摘要:为了提高电机的功率因数,降低开关损耗,基于气隙磁通控制原理,以电压矢量组合来逼近圆形磁链轨迹,而电压矢量的选择对应不同开关模式,因此构成电压矢量控制PWM逆变器。利用C语言仿真,该法输出电压较一般SPWM 逆变器提高15%,每次状态切换只涉及一个元件,开关损耗降低,且模型简单,适用于各种PWM调速装置。 关键词:电机;空间矢量;PWM控制 中图分类号:TM301.2 文献标识码:A 1 基本原理 由电机学可知,在由三相对称正弦电压供电时,电机的定子磁链的幅值是恒定的,并以恒速ω 1 旋转。磁链矢量顶端运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场(简称磁链圆),我们可以用定子磁链的矢量式来表述: 式中,λ m 为的幅值,ω 1 为旋转角速度。当转速不是很低时,定子电阻压降较 小,可以忽略不计,则定子电压与磁链的近似关系可表示成:

上式表明,电压矢量V 1的大小等于λ 1 的变化率,而其方向则与λ 1 的运动方向一 致。由式(1),(2) 可得: 由(3)式可见,当磁链幅值λ m 在运动过程中一定时,的大小与ω 1 (或供电电压 频率f 1 )成正比,其方向为磁链圆轨迹的切线方向。当磁链矢量在空间旋转一周时,电压空间矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动经过2π弧度,其轨迹与磁链圆是重合的。这时,我们就把气隙旋转磁场的轨迹与电压空间矢量联系起来。从三相逆变器—异步电机原理图(见图1)可知,为了使电动机对称工作,必须三 相同时供电,从逆变器的拓扑结构以及式(2)来看,每个输出电势V ao ,V bo ,V co 都具有二个值,例如±V d /2,如此线性组合即可得到矢量23=8种电压类型。图(2) 表示了电压空间矢量的放射状分布。每个矢量标注了 0(000)~ 7 (111),0表 示同一桥臂的二个晶闸管的下面一个导通,1表示上侧的导通,k表示对应二进制数的十进制数。一旦开关方式确定,那么对应的k也就唯一确定。由式(4)可知: λ 为磁链矢量的初始值(4) 图1 三相逆变器—异步电动机原理图图2 电压空间矢量的分布 利用逆变器的这8种电压矢量的线性组合,就可获得更多的与V 1~V 8 相位不同的 新的电压空间矢量,最终构成一组等幅不同相的电压空间矢量,由式(4)知最终迭加形成尽可能逼近圆形旋转磁场的磁链圆,这就形成了电压空间矢量控制的PWM逆变器。由于它间接控制了电机的旋转磁场,所以也可称为磁链追踪控制的PWM逆变器。

相关文档
最新文档