电动汽车异步电动机的矢量控制

1、南京工程学院本科毕业设计（论文）题目 ： 电动汽车异步电机矢量控制研究专业：汽车与轨道交通学院 （车辆电子电气）班级：车电气 111学 号： 215110507学生姓名：王蔚指导教师：赵伟军讲师起迄日期：2015.3.22015.6.12设计地点：车 辆 工 程 实 验 中 心graduation design (thesis)study on the control of electric vehicle inductionmotor vectorbywei wangsupervised byprof. weijun zhaonanjing institute of technologyju

2、ne, 2015摘要在日常生活中，在各种各样的领域电动机都被广泛的应用着，人们渐渐地早已离不开电动机。与之相对应的是越来越多的汽车被投入使用，但是传统汽车使用的内燃机在各个方面已经给人类带来了困扰，所以科学家们叫目光投入到用电动机去替代内燃机中去了。纯电动汽车由此应运而生。纯电动汽车一般是使用异步电机作为驱动，控制电机的方式多种多样，此时本文采取矢量控制的方式。本文主要实现了异步电动机的驱动电路的绘制和控制程序的编程。驱动电路的绘制是在 protel 99 se 上完成的。而软件编程则是基于keil的平台。本文采用stm32f103系列微处理器作为主控制器芯片， 设计了以 h 桥模块、逆变电路

3、模块为主要模块的异步电动机驱动电路，并通过编码器、霍尔电流传感器测量实际的电机运行参数得到反馈系数，编写了以矢量控制方式作为核心算法，电流控制的 pwm 电压源逆变位控制方式的转差型异步电动机矢量控制系统对三相交流电机进行控制。关键词： 电动汽车 ；异步电机；矢量控制；stm32abstractin the daily life, in a wide variety of fields motor is widely used, people gradually can not get away from the motor. with more and more cars are put i

4、nto use, but using the traditional automobile internal combustion engine in all aspects has to human troubled, so scientists call eyes into the motor to replace internal combustion engine to. pure electric vehicles thus came into being.pure electric vehicles generally use the induction motor as the

5、drive, and control the way of the motor is varied, at this time this paper adopts the way of vector control.in this paper, the main asynchronous motor drive circuit drawing and control program programming. the drive circuit is drawn on the protel 99 se. and software programming is based on the keil

6、platform. the stm32f103 series mcu as the main controller chip, the design of the h-bridge module, inverter module as the main module of the asynchronous motor drive circuit, and the encoder, the hall current sensor measuring the actual operation parameters of the motor feedback coefficient, written

7、 in vector control as the core algorithm, current control pwm voltage source inverter bit control mode of slip type asynchronous motor vector control system for three-phase ac motor control.keywords ：electricvehicle ，induction motor ，vectorcontrol，stm32南京工程学院本科毕业设计（论文）目录第一章绪论 .11.1选题的背景及意义 .11.2电动汽车

8、的分类 .11.2.1纯电动汽车 . .21.2.2混合动力汽车 . .21.2.3燃料电池汽车 . .21.3电动汽车电机的选择 .31.3.1直流电动机 .31.3.2交流电动机 . .41.4异步电机调速的基本类型 .4第二章矢量控制基本原理 . .52.1基本概念 .52.2矢量控制的坐标变换 .72.2.1定子绕组轴系的变换 . .72.2.2定子轴系的矢量旋转变换 . .92.3 按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统 . .102.4气隙磁场定向的异步电机矢量控制系统 .102.5定子磁场定向的异步电机矢量控制系统 .112.6异步电机的矢量控制系统 .11第三章空间电压矢量调制

9、svpwm技术 .133.1svpwm基本原理 . .133.2 svpwm法则推导 .15第四章 硬件部分 .174.1 stm32 的最小系统及其配备 . .174.2驱动电路 .184.3逆变电路 .194.3.1逆变的基本原理 . .194.3.2电压型逆变电路 . .194.3.3电流型逆变电路 . .214.3.4逆变电路的选择 . .224.4反馈型号的采集 .234.4.1电流的采集 .23南京工程学院本科毕业设计（论文）4.4.2转子转速测量 .23第五章软件部分255.1 stm32f103系类介绍 .255.2 通过 dma模块的多路 adc采集255.2.1 dma 模

10、块255.2.2 adc 模块265.3 pid 算法 .275.4 pwm控制 .28第六章结论336.1 论文总结 .336.2 感想33致 谢35参 考 文 献36附录 a：硬件设计原理图与pcb图37南京工程学院本科毕业设计（论文）第一章绪论1.1选题的背景及意义如今，大街小巷汽车是无处不在，作为一种便利的交通方式，人们早已离不开汽车。但是，如今的大部分汽车都是以内燃机为驱动，内燃机是以柴油和汽油为能源的，这些都是不可再生资源，同时，它又会导致环境污染。环境与能源问题早已被提出。 为了解决这些问题，改变汽车的驱动方式，减少内燃机的使用或改变驱动使用能源的新能源汽车被提出。一般来说新能源

11、汽车包括以液化天然气、压缩天然气为燃气的燃气汽车、燃料电池电动汽车（fcev）、纯电动汽车（ bev ）、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、混合动力汽车（油气混合、油电混合）太阳能汽车和其他新能源（如高效储能器）汽车等 2 。这些汽车的废气排放较低，且较节约能源。同时它还有震动小，噪声小等优点。因此新能源汽车受到了发达国家的广泛重视， 其中电动汽车更是在上世纪 70年代被欧美等发达国家研究、发展。近年来，于 2003年建立的，一个总部设于美国硅谷的公司生产的特斯拉汽车更是引起广泛的热议。在中国，新能源汽车也得到重视。 2011个月，新能源汽车中引入了“第十二个五年计划纲要”。而我国对于电动汽车的

12、重大科技项目研发始于 2001年，经由两个五年计划的攻关，加之在奥运会、世博会中的使用和“十城千辆”演示平台的拉动，我国电动汽车生产配置的技术已经从无到有， 走入入了持续进步发展状态 3 。到2010底，全国共有二十五个城市加入“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广工程， 五十多家企业的一百八十四个车型投入 节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录， 各地运行的各样电动汽车超过了一万辆， 而运转里程则超出两亿千米， 累计载客九十亿人次以上， 电动汽车关键技术总体水平和应用规模位于国际前列，部分领域实现突破性进展 3 。同时，我国国的电动汽车在产品研发及推行方面早已获得了举世瞩目的成就，截至

13、2012年 6月底，统计有八十三家企业的四百五十四款节能与新能源汽车产品投入 节能与新能源汽车示范推广推荐车型目录 3 。截至 2012年3月底，二十五个示范城市中使用的新能源汽车早已超过了 1.9万辆，而在这些城市中，公共服务方面使用的新能源汽车也超过了 1.68万辆，载客共超过了九十亿人次 3 。与此同时，与新能源汽车配备的充（换）电站也建立一百七十多座，充电桩也建有了六千四百多个。1.2电动汽车的分类电动汽车主要有纯电动汽车（bev）、混合动力汽车（ phev）和燃料电池汽南京工程学院本科毕业设计（论文）车（ fcev）三类。1.2.1纯电动汽车纯电动汽车是使用电动机驱动的， 它的品质、

14、价值的不同是在于它的驱动电机、调速控制器、 动力电池和车载充电器这四个方面。 驱动电机的功率和性能导致了汽车的时速的快慢和启动速率的不同。 而车子行驶是否平稳则是取决于车子的速度控制器。 同时它能连续行驶的里程的长短就取决于动力电池的容量了。而车载动力电池和车载充电器更是制造商对整车定位的重要判据因素。使用纯电动汽车的益处在于技术相对于其他新能源汽车简单成熟，且充电方便。缺点是：电池在单位重量下可储存的能量较少、单位电池价格也较贵等1.2.2混合动力汽车混合动力汽车是指至少能从如汽油、柴油等可被消耗的燃料或可在充电能（能量）存储装置中取得动力的汽车。混合动力汽车有可根据其动力结构形式分为串联式

15、混合动力汽车（ shev）、并联式混合动力汽车（ phev）和混联式混合动力汽车（ chev）4 。shev只由电动机的混合动力提供驱动力。phev则是由电动机和发动机独立或同时提供驱动力。shev会使用发动机、 发电机以及电机。发电机在发动机的带动下会产生电能，而这个电能会被提供给电动机，来完成汽车的驱动。 phev则是将发动机、 电动机独立或同时视为了动力源。 而 chev则是能够在并联式的条件下运转， 也可以在串联式的状态下运转，建构了二者的特质。混合动力的长处在于可通过电机运行的平均功率来判断内燃机所需要的最大功率，这样会让油耗变低而且产生的污染会变少。当需要的功率较大， 但内燃机却无

16、法提供出足够的功率时， 我们就会使用电力来补全这部分功率， 而当负荷少，并不需要太多功率时， 内燃机所产生的功率就会多出一部分， 而这部分功率就可以用来给电池充电。 由于内燃机是在连续的条件下工作， 电池又能够不停的充放电，车子的行程就能够和普通汽车一样。 但是，它在长距离高速行驶时则基本不能省油。1.2.3燃料电池汽车由于，在燃料电池的化学反应过程中产生不了有害的化学物质， 且其能源转化率比内燃机高出 23倍，所以，在能源利用和环境保护的方面，燃料电池被视为理想车辆。将燃料电池汽车与传统的汽车比较， 会发现燃料电池汽车具有以下优点： 1、零排放或近似零排放； 2、减少由于机油的泄露而带来的水

17、污染； 3、降低温室气体排放； 4、提高燃油经济性； 5、提高发动机燃烧效率； 6、运行平稳、无噪音4 。南京工程学院本科毕业设计（论文）1.3电动汽车电机的选择电动机的分类可如图 1.1 所示：按照电源类型无刷直流电动机直流电永磁直流电动机动机有刷直流电动机电磁直流电动机稀土永磁直流电动机铁氧体永磁直流电动机铝镍钴永磁直流电动机串励直流电动机并励直流电动机他励直流电动机复励直流电动机分类交流电动机同步电动机异步电动机永磁同步电机磁滞同步电机磁阻同步电机交流换向电动机感应电动机单相串励电动机交直流两用电动机推斥电动机单相异步电动机三相异步电动机罩极异步电动机图 1.1电动机的分类1.3.1直流

18、电动机直流电动机寄直白的将就是在由直流电源供电的将电能转换为机械能的电机，他被广泛运用于电动剃须刀、电子表、电吹风、玩具等中。1.3.1.1无刷直流电动机无刷直流电机是由由永磁体转子、多级绕组定子、位置传感器等器件构成，它并不是使用电刷， 而是使用半导体开关器件代替电刷进行电子换向。 并且在高可靠性、机械噪声低、无换向火花等方面具有明显的长处。1.3.1.2永磁式直流电动机由定子磁极、转子、电刷等组成，定子磁极使用永磁体，按其结构可分为圆筒型、瓦块型等多种。转子正常情况下是使用叠压的硅钢片。而漆包线的接头则是焊接在换向器的金属片上， 并将其绕在铁芯的两槽间。 电刷会链接电源和转子绕组。永磁电机

19、上正常会使用金属石墨电刷、 电化石墨电刷或单性金属片作为电南京工程学院本科毕业设计（论文）刷。1.3.1.3电磁式直流电动机由定子磁极、转子、换向器、电刷等组成，定子磁极有铁芯和励磁绕组构成，根据励磁方式不同分串励、并励、复励和他励1.3.2交流电动机1.3.2.1交流同步电动机是一种转子转速与电源频率保持恒定比例关系的恒速驱动电动机1.3.2.2交流异步电动机由于电机的转速小于旋转磁场的转速，因此被称为异步电动机， 感应电机与其基本相同。1.3.2.2.1单相异步电动机由定子、转子、轴承、外壳、端盖等组成。定子是由机座和带绕组的铁芯构成，而转子将铁芯叠压后放到的槽中，并将端环链接，使转子导条

20、短路成鼠笼型。1.3.2.2.2三相异步电机其结构与单相异步电动机相似。可由图1.2所示，铁芯槽中装三相绕组，接入三相交流电后产生旋转磁场，由于磁场是旋转的，磁场与转子之间存在着相对运动，可将其视为磁场在切割转子，因此转子导体中会产生感应电流，感应电流与气隙磁场相互作用，根据f=bil ，产生力，即产生转矩，使得电机转动。1.3.2.2.3罩极式电动机n1ntemn.fem.s图 1.2 ：三相异步电机工作原理示意图采用笼型斜槽铸铝转子， 当绕组通电后，产生感应电流，使定子磁极被罩极绕组罩住部分的磁通与未罩部分向被罩部分的方向旋转 5 。1.4异步电机调速的基本类型由异步电动机的基本原理得由定

21、子传入转子的电磁功率可以分成拖动负载的有效功率和转差功率两项， 而转差功率的处理则是衡量异步电机调速系统效率的因素。因此，异步电机的调速系统可以分为转差功率消耗型、 转差功率回馈型、转差功率不变型三类 6 。调速系统中我们运用的最多最广泛的变频调速则属于转差功率不变型调速系统。 而变频调速又可分为恒压频比控制的调速系统、转差频率控制的调速系统、矢量控制的调速系统、直接转矩控制的调速系统6 。南京工程学院本科毕业设计（论文）第二章矢量控制基本原理2.1基本概念矢量控制的基本思想是将异步电机经坐标变换，得到等效的直流电机，然后仿照直流电机的控制方式直接给出直流电机的控制，将这些控制经过反变换得到新

22、的控制方式来控制交流电机。sfsossrf ( m )s由于电动机产生电磁转矩的本质都fr图 2.1异步电动机的是由于点击内部两个磁场的相互作用，磁势、磁通空间矢量图那么电机都具有一个相同的电磁转矩表达式，表达式入式 2.1所示。图 2.1为异步电动机的磁势、磁通空间矢量图。tenp2m fs sin snp2m fr sin r（ 2.1）22np为电机极对数；fs为定子磁势矢量的模值；fr为转子磁势矢量的模值；m 为气隙主磁通矢量的模值；s为定子磁势空间矢量fs与气隙合成磁势空间矢量f的夹角；r为转子磁势空间矢量fs与气隙合成磁势空间矢量f的夹角；ms、 mr 为机械角， s=npms，

23、r=npmr；f为气隙合成磁势空间矢量（若忽略铁损，m 与f同向）。由图 2.1与式 2.1所示可得出，定子磁势的模值与方向和转子磁势的模值与方向，是控制电机的重要参数。 而这些模值则是可以通过控制通过电机各相的电流的幅值来控制。而控制流经电机各相的电流的瞬时值，则可以控制定、转子磁势在空间上的位置角。 由上可知，我们只有实现了对流过异步电动机定子的各相电流（ ia ，i b， ic ）的瞬时值的控制，我们才可以实现对电机的有效控制。我们将三相正弦的交流电通入电机的定子绕组后，变化的电流会在绕组中产生磁场，将磁场合成则会是一个旋转的磁场，我们将这个磁场记为abc 。在图2.2（a）中显南京工程

24、学院本科毕业设计（论文）bssabci bii coi aaic(a)三相交流绕组(b)两相交流绕组mtstmi tmti m(c) 旋转的直流绕组图 2.2 等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型示的旋转磁场其旋转角的角速度与定子电流的角频率的值是一样的。除了三相绕组之外，任意的非单相多相对称绕组通过了对称的正弦电流后，是都可以形成一个旋转的磁场的。因此，我们可以使用如图2.2（b）中所示的异步电机，定子绕组 ， 的两个位置相差 90，两相对称的正弦电流 i ， i流过绕组中，会产生旋转磁场 。若图 2.2（a）与图 2.2（b）所产生的旋转磁场的大小、转速及方向都是相同的，那我们就可以认

25、为图 2.2（ a）所示的交流绕组与图 2.2（ b）所示的交流绕组等效。即处于三相静止坐标系中的三相交流绕组能够与两相静止直角坐标系中的两相绕组等效。那么三相交流绕组中通过多的ia ，i b，i c，与二相交流绕组中的 i ，i 存在着一定的变换关系。南京工程学院本科毕业设计（论文）由直流电动机的结构可知，在空间上，励磁绕组是被固定的直流绕组，而电枢绕组是旋转着的绕组， 我们将这种电枢电势在空间中有着固定的方向，而电枢绕组本身却在旋转的绕组称为“伪静止绕组（pseudo.stationary coil ）”。我们可以使用图 2.2（c）来表示，用二相直角坐标系中的绕组t、m 分别来等效直流电

26、动机的电枢绕组和励磁绕组，流过绕组t的电流 it 为转矩电流分量，流过绕组m 的电流 i m 为励磁电流分量。 mt 为流过绕组的电流 it与im 所产生的磁场的合成，它是静止不动的。但若使绕组t、m 旋转，那么 t、m 所对应的磁场也会随着一起旋转。当 mt 的大小、转速、方向与三相固定交流绕组所形成的 abc 和两相固定交流绕组所形成的 相同时，我们不妨将绕组 m-t 与绕组 -和绕组 a-b-c 等效，那么 i t、im 与i，i和i a，i b，ic之间也存在着一定的变换关系。因此我们就可以通过控制 it 、im来对 ia ，ib，i c的瞬时值进行控制。由上可知，我们是使用旋转变换，

27、将控制量 im （励磁直流分量）和 it （转矩电流分量），变为两相交流控制量， 再通过两相转三相的变换得到控制电机的三相电流，来实现对交流电动机的电磁转矩的瞬时值的控制。如图2.3所示。i t*ia *控i*3制ibi m*vr .1i *2/3逆变器m器ic*ia等 效iti直 流ib电 机imvr3/2i 模型ic图 2.3矢量控制框图2.2矢量控制的坐标变换矢量控制的坐标变换主要主要可以总结为二相转三相或三相转二相的变化，旋转变换，还有一个直角坐标系到极坐标系的变换。当进行变换时，需要遵循变换前后旋转磁场等效原则和变换前后功率不变的原则。2.2.1定子绕组轴系的变换三相绕组和与之等效的

28、二相绕组的坐标如图2.4 所示，其中设三相绕组的a轴与二相绕组的 轴重合。南京工程学院本科毕业设计（论文）设只计基波分量或磁势波形为正弦分布，那么沿同轴方向的磁势分量是相等的。那么，可得n 2 i san 3i an 3ib cos 2n 3i c cos 433n 2 i s0n 3i b sin 2n 3ic sin 433n3、n2分别为三相、两相电机的定子绕组有效匝数。整理后得is11i an 3122ib（ 2.2 ）isn 2033ic22由于要求两相转三相的变换， 即三相到两相的逆变换，所以我们假设一个电流参数 i 0，称之为零序电流。对于这个电流，我们可得n2 i0kn 3i

29、akn3 ibkn 3ic即 i0n 3 (ki aki bki c )n 2其中 k为待定系数。那么整理可得111is22i aisn3033ibi0n 2k22ickk那么可得矩阵 c-111122c 1n3033n 2k22kkb60a, 60n2i n 3i an 2i n 3icc图 2.4 三相定子绕组和二相定子绕组磁势的空间矢量位置根据旋转磁场的等效原则， 矩阵 c的逆矩阵 c-1 与其转置矩阵 ct 相等，那么，南京工程学院本科毕业设计（论文）我们可以求得 n23 , k1，即我们可以得到三相转二相 (3/2)的变换方程n322式为111is22i a2is33022ibi03

30、ic111222（2.3 ）而二相转三相（ 2/3 ）的变换方程式为101i a2i s2131ibi s（2.4 ）3222ici0131222在三相 y形的不带零线的接线方式下， i +i +i =0即可化简三相转二相 (3/2)abc的变换方程式为3is0ia2（2.5 ）isib222而二相转三相（ 2/3 ）的变换方程式可简化为i a20i s3ib11i s62ts（ 2.6 ）2.2.2 定子轴系的矢量旋转变isi s换异步电机的定子磁势 fs 通常i st以定子电流 i s来代替它。如图 2.5所示，轴 m.t以角速度s 进行旋转。 s为m轴与 i s之间的夹角，0smism是

31、 m轴与 a轴的夹角。由于 - 是静止直角坐标系，它在空间上是si s图 2.5旋转变换矢量关系图南京工程学院本科毕业设计（论文）固定不动的，而s 会随时间的变化而变化， 它与时间成一次变化， 即sst0 ，0 为初始角，我们可以取任意值。以 m-t 轴为基准，可将 i s分解为转矩分量 i st和励磁直分量 i sm两个分量。以 - 轴为基准，可将 i 分解为 i和i两个分量，由于s会随时间变化， i和 i也会ss sss随时间变化，那 i s和i s则可被视为 和绕组磁势的瞬时值。由图 2.5 我们可以看出 i s、i s与i st、i sm的关系如下矩阵所示iscos sissinsis

32、mcos sistsinssin cossin cossi sm（ 2.7）i stssi s（ 2.8）s i s2.3按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统转子磁场定向就是指按照转子全磁链矢量 r 的方向确定 m轴的方向，即使 m 轴方向与 r 轴方向一致 6 。由于 m轴与 r 轴重合， t轴与 m轴重合，那 r 在 t轴的分量为 0，即转子的全磁链是在 m轴绕组中产生的，即i s在m轴上的分量 i sm是纯励磁电流分量，而i st在 t轴上的分量就是纯转矩电流分量了。最终，我们可以简化电压方程矩阵为usmrs lsd pslsdlmd pslmdismusts lsdrs lsd ps

33、lmdlmd pist（2.9）0lmd p0rr lrd p0irm0lmd0lmdrrirt由上面的矩阵可得i stlrd i rttrrtr r（2.10 ）lmdlmdlmd2.4气隙磁场定向的异步电机矢量控制系统气隙磁场定向是指将 m轴与气隙磁链 m轴重合的定向方式。通过这种定向方式，我们可知mmlmd (ismi rm )mt0lmd (i stirt )得南京工程学院本科毕业设计（论文）(1 tr p) mm lmd (1 tr p)ismlmdtr istlmd2i stlmd2pism （2.11 ）rrrr由上式可看出磁链关系中存在耦合，所以要求使用解耦器， 这使得矢量控制

34、的结构变得更加复杂。2.5定子磁场定向的异步电机矢量控制系统定子磁场定向是指通过定子磁链 s来确定方向，使 m轴与定子磁链 s 轴的方向一致的定向方式 6 。通过这种定向方式，我们可知smlsd ismlsdirmmt0lsdi stlmd irt得sm1ism2 pist3i st（2.12 ）由上式可 i st与 i sm得未能解耦， 所以需要解耦器， 这使得矢量控制的结构变得更加复杂。将上述三种磁场定向方式比较可以看出， 使用转子磁场定向的方式是可以实现完全解耦，使用这种方式是比较方便的。 然而，使用转子磁场定向的方式会受转子的参数影响较大，而气隙磁场定向和定子磁场定向则受转子参数的影响

35、较小，所以在存在饱和效应的情况下，我们采用气隙磁场的定向，而定子磁场定向则大多来处理恒功率的调速。2.6异步电机的矢量控制系统带转矩内环的转速、 磁链闭环异步电动机矢量控制、转差型异步电动机矢量控制、具有参数自校正的转差型矢量控制、 无速度传感器的矢量控制等都是矢量控制的方式 6 。本文采用磁场定向角 s 可以通过对转差的运算求出的转差型异步电动机矢量控制系统，这种s 的求取方式称为转差频率法。如图2.6 所示，这是一个外环转速闭环的控制方式，将转子磁链轴的同步旋转坐标系（m-t）中的直流控制的 i st、 i sm进行旋转变换，得到了在定子静止坐标系（-）上的交流控制量 i s、 i s 。

36、而这两个交流控制量又会经过二相转三相的变换，获得控制交流电机的控制量 i a，i b，i c。图中的虚线框中为电流控制的pwm逆变器，逆变器中使用 igbt管作为开关元器件，具体会在第三章中叙述。而pwm是在微处理器 stm32中产生，会在第四章中叙述。南京工程学院本科毕业设计（论文）m.t 旋转坐标定子坐标系系ci smia*电istisas*流*v2/*rib调isr.1i s3节*ic*m器lmdtr p1l mds电tr流信dt号检测rbrt图 2.6电压源转差型异步电动机矢量控制系统框图这种控制系统中的s 的运算方式如下：pwm 逆变器控制器imrlmdi smtr p1i sttr

37、lmdr(i stlmdtrrs)dtsdts南京工程学院本科毕业设计（论文）第三章空间电压矢量调制svpwm技术3.1 svpwm基本原理svpwm 是同过将电机的两个矢量的作用时间进行不停的变化，即不断改变逆变电路上在不同时刻时开关元器件的开关状态， 使各个电压矢量的作用时间获得控制，这这会得到一个以近似圆的旋转轨迹的电压空间矢量， 为了使所获得的实际磁通去逼近理想磁通圆。 pwm 波形的产生就是根据这些不同的开关状态的次序而生成的。如图 3.1 示的逆变电路，它的直流侧的电压 u dc ，u a、 u b、 u c 则是输出侧输出的是三个位于三相静止坐标系上的相位差为 120的相电压，那

38、我们将这种方向不变，模值以相位差为120的时间差进行按正弦变化的三个电压空间矢量分别定义为mu a (t )、u b (t)、 u c (t) 。定义相电压有效值为 u ，电源频率用f 表示，那么2 ft ，我们可以得到公式 3.1：u a (t )u m cos()（3.1 ）u b (t )u m cos(2/ 3)u c (t )u m cos(2/ 3)我们将三相电压空间矢量合成，得到一个空间矢量u(t) ，这个空间矢量则是使用式 3.2表示。u (t) u a (t ) u b (t)e j 2 / 3u c (t)e j 4 / 3 3 u m e j（ 3.2 ）2图 3.1逆变

39、电路图3.1为一个三相桥式电压型逆变电路，由图所知，逆变电路的桥臂上有 6个例如 igbt 、pnp管等开关器件。我们需要探讨的是在不同的桥臂的不同的开关状态组合的情况下， 所能够的到的逆变电路输出的空间电压矢量有何不同。 我们将开关函数定义为 sx ( x 分别等于 a、b、c)，此时我们则将上臂桥导通记为 sx =1，下臂桥导通记为 sx =0。三个桥臂 a、 b、c根据不同的开通状况可以存在八种状态。这八种状态包括南京工程学院本科毕业设计（论文）六个非零的矢量和二个零矢量。八种状态为u 0 (000)、 u 1 (001) 、 u 2 (010)、u 3 (011)、u 4 (100)、 u 5 (101)、u 6 (110)、u 7 (111)。在这八个状态下非零矢量为 ul 、u2、 u3、u4、u5、 u6，零矢量是 u0 (000)和 u7(111)。一下是以 u4作为以案例进行分析，此时uaudcnucub矢矢 u4 矢 100 矢u abu dc ,u bc0,u cau dcu anu bnu dc ,u anu cnu d c（ 3.3 ）u anu bnu cn0解上述方程可得：南京工程学院本科毕业设计（论文）u an2u d3u bnu d3u cnu d3根据上面描述的方