现代电力传动系统

1、课程教学目标：从基本知识入手，结合典型的系统学习，使学生对现代直流、交流交流、伺服电力传动系统有全面的了解。对工业自动化、机电一体化的强电控制知识有比较全面的了解，开阔学生的视野，使其适应不断发展的现代社会的需要。 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流）电力传动系统，也称交流（直流）电力拖动系统未来交流调速取代直流调速概 述交流机特别是异步机结构简单，成本低，安装环境要求低，适于易燃、易爆、多尘的条件。在大容量、高转速领域发挥优势。如：电力机车，卷扬机，高速电钻等。交流机较直流机的优点：直流机交流机重量/功率约2倍1倍体积/功率2倍1倍价钱/功率几倍1倍最大容量

2、1214MW几十MW最大转速1000rpm数万rpm最高电压1KV610KV安装环境要求高要求低维护量较多较少概 述cosmm rrTeKI概 述交流调速系统的技术突破概 述如:电力机车,厚板轧机,电动汽车,高速磨床,特种电源等1 以节能为目的的改恒速为调速如:风机,水泵,压缩机等,软起动,开环可调速系统. 泵节电率达20%以上.2 以少维护省力为目的的取代直流调速系统如:直流电梯-交流电梯3 直流调速难以实现的领域,大容量,高转速等概 述控制器-大规模集成电路和微处理器 IC ; 单片机 ; DSP控制理论传统理论; 现代理论;电机理论： VVVF控制，转差频率控制，矢量控制， 直接转矩控制

3、数字仿真和计算机辅助设计概 述现代控制不是单一的调速，其主要被控量是转矩，不论静态还是动态，转矩响应非常重要。mmemdtdLTTdtdJ电力传动系统运动状态电力传动系统运动方程式负载转矩的大小恒定，负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载称作恒转矩负载a）位能性恒转矩负载）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载LT 常数mmLLPT常数22mnLT电力变换电路是交流调速系统的电源,是变频器的主电路不控、半控、全控不控、半控、全控电流控制、电压控制电流控制、电压控制脉冲控制、电平控制脉冲控制、电平控制电压电流额定值、工作频率电压电流额定值、工作频率000TTrVP，0TTri ，不

4、控器件：不控器件：电力二极管电力二极管半控器件：半控器件：晶闸管晶闸管SCR(Thyristor)SCR(Thyristor)全控器件：全控器件：双极结型电力三极管双极结型电力三极管BJTBJT（半导体电力三极管）、（半导体电力三极管）、 可关断晶闸管可关断晶闸管GTOGTO、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管P-MOSFETP-MOSFET、绝缘门极双、绝缘门极双极型晶体管极型晶体管IGBTIGBT、MOSMOS控制晶闸管控制晶闸管MCTMCT、集成门极换流晶闸管、集成门极换流晶闸管IGCTIGCT、静电感应晶体管、静电感应晶体管SITSIT和静电感应晶闸管和静电感应晶闸管SITHSITH、

5、半导体电力开关模块和功率集成电路半导体电力开关模块和功率集成电路PICPIC电力电子器件根据开通和关断所需门极（栅极）驱动信号的不同要求，根据开通和关断所需门极（栅极）驱动信号的不同要求，开关器件又可分为电流控制型开关器件和电压控制型开关开关器件又可分为电流控制型开关器件和电压控制型开关器件两大类：器件两大类：SCRSCR、BJTBJT和和GTOGTO为为电流驱动控制型器件电流驱动控制型器件P PMOSFETMOSFET、IGBTIGBT均为均为电压驱动控制型器件电压驱动控制型器件三极管三极管BJTBJT要求有正的、持续的基极电流开通并保持为通要求有正的、持续的基极电流开通并保持为通态，当基极

6、电流为零后态，当基极电流为零后BJTBJT关断。为了加速其关断，最好关断。为了加速其关断，最好能提供负的脉冲电流。能提供负的脉冲电流。P PMOSFETMOSFET和和IGBTIGBT要求有正的持续的驱动电压使其开通并要求有正的持续的驱动电压使其开通并保持为通态，要求有负的、持续的电压使其关断并保持保持为通态，要求有负的、持续的电压使其关断并保持为可靠的断态。电压型驱动器件的驱动功率都远小于电为可靠的断态。电压型驱动器件的驱动功率都远小于电流型开关器件，驱动电路也比较简单可靠流型开关器件，驱动电路也比较简单可靠大大 趋趋 势势最近十年电力电子器件发展的一个重要趋势：半导体电力开关器件 驱动+缓

7、冲+监测+控制和保护=功率集成电路PIC整流与逆变电动状态与制动状态不可逆变流器与可逆变流器 交-直-交和交-交变压变频器(结构上)1 交-直-交变压变频器应用最广的电路PWM变压变频器最大优点:1.输入的功率因数不变2.输出谐波减小特大容量的系统SCR,六拍式MOSFET(小),IGBT(中,小),GTO(大)交-交变压变频器(周波变流器)常用的可逆线路优缺点:技术成熟,低速,大容量输入功率因数较低,谐波大,电压源型和电流源型变频器(中间直流环节)两类变频器滤波环节不同,性能上有显著的差异,体现在: 无功能量的缓冲 (采用何储能元件来缓冲）能量回馈（电流型易实现；电压型难）动态响应（电流型快

8、）应用场合180导通型和120 导通型逆变器(换相方式）三相桥式逆变器主电路180 导通型：同一桥臂上、下两管之间换相120 导通型：同排相邻桥臂左、右两管之间换相逆变器的工作状况180导通型（SCR）输出波形相电压输出波形中含有大量的5、7次等低次谐波120导通型（类似，自行分析）目前，市场上供应的变频器主要采用PWM电压型交-直-交变频器主电路当utur时，A的输出为低电平。两信号相比较，以确定各分段矩形脉冲的宽度。 输出电压基波的频率也随之改变 宽度都将变窄，输出电压基波的幅值应减小 l 单极性控制模式l 双极性控制模式同极性的三角波载波信号ut与调制信号ur比较 单极性的PWM脉冲 倒

9、相信号PWM脉冲信号单极性的PWM脉冲信号与倒相信号uI相乘正负半波对称的PWM脉冲信号ud采用正负交变的双极性三角载波ut与调制波ur，通过ut与ur的比较直接得到双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。通常选双极性控制 当调制信号波ur为正弦波时，所得到的就是SPWM波形，称正弦波脉宽调制。 2/dU0,dU3WNVNUNUNUNuuuuu0 ,) 3/ 1(,) 3/ 2(ddUU 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM逆变电路有两种控制方式：rtffN mtmrUUM ABtAtBt2t1t3TctMur1sintmrmUUM 为调制度，Urm为调制波幅值，Utm为载波幅值1

10、由几何相似关系可得脉宽计算式 )(21 2112BActSintSinMTt 这是一个超越方程，tA、tB与载波比N和调制制度M都有关系，求解困难，并且t1t3，计算更增加困难，这种采样法不适宜微机实时控制。 DAB三角载波正峰值时，正弦调制波上的对应点EAB三角载波负峰值时，正弦调制波上的对应点A、B相脉宽计算公式：C相脉宽计算公式： 间歇时间： )sin1 (2t1b2a2eCtMTt)sin1 (21c2eCtMTt)(21231tTttcaa目的：采取措施以消除不允许存在的或影响较大的某几次谐波，如5，7等低次谐波特定谐波消去法的输出PWM波形OtuoUd-Ud2ppa1a2a3谐波相

11、电压的幅值消去法优缺点：控制技术的效果不错但计算复杂；不宜用于实时控制；l要消除第要消除第k次谐波分量，只须令次谐波分量，只须令1212( 1) cos01midkmiiUUkkkp基波幅值为所要求的电压值基波幅值为所要求的电压值11212( 1) cosmidmiiUUp期望值负载i-ITIT*iiRL1VT2VT1 ONVT2 ON2/dU2/dUi指 令 值00 t ti+IT*i-IT*i电 机 电 流VT1 ON 减 少 iVT2 OFFVT2 ON 增 加 iVT1 OFF2/dU2/dUibibiauaia*iaibub*icuc*icicdUaVTbVTbVTcVTcVTaVT

12、三相的电流指令值为i*a 、 i*b 、i*b 300-3000.0uab/Via0.020.010.00.020.010.00.0ia,ia/A*t/sia*200-200线电压波形的前后半周期里都有相反极性的电压脉冲存在，这将使负载的谐波损耗增大 u1K/s, 虑波器 K/(1+sT)*RL负载VT1VT2-+2/dU2/dUu1电压跟踪型变频器的控制回路 u1K/s11*负载RL2/dU2/dUVT1VT2前进了一步交流电动机需输入三相正弦电流的最终目的形成圆形的旋转磁场对准目标l交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，如果考虑到它们

13、所理量都是随时间变化的，如果考虑到它们所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。l 定义三相定子电压空间矢量定义三相定子电压空间矢量 2AOjBOjCOkukuekueAOBOCOuuu32pk为待定系数为待定系数l三相合成矢量三相合成矢量2jjAOBOCOkukuekuesAOBOCOuuuu图图5-21 电压空间矢量电压空间矢量000AOBOCOuuu的合成矢量的合成矢量l定子电流空间矢量定子电流空间矢量2jjAOBOCOkikiekiesAOBOCOiiii2jjAOBOCOkkekesAOBOCOl定子磁链空间矢量定子磁链空间矢量l空间矢量功率表达式

14、空间矢量功率表达式2222222p =Re()Re()()()Re()s sjjjjAOBOCOAOBOCOAO AOBO BOCO COjjjBO AOCO AOAO BOjjjCO BOAO COBO COkuueueiieiekuiuiuikuieuieuieuieuieuieu iss、ii共轭矢量共轭矢量考虑到考虑到0AOBOCOiii23p2233p =()22AO AOBO BOCO COkuiuiuik pp=AO AOBO BOCO COuiuiuil三相瞬时功率三相瞬时功率l按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则23k22()3jjAO

15、BOCOuueuesu22()3jjAOBOCOiieiesi22()3jjAOBOCOeesl当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量相合成矢量112111224cos()cos()cos()33332jjmmmjtjtmsUtUteUteU eU eppsAOBOCOuuuul以电源角频率为角速度作恒速旋转的空以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，幅值间矢量，幅值l在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度的

16、幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。在空间作恒速旋转。32smUUl合成空间矢量表示的定子电压方程式合成空间矢量表示的定子电压方程式l忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为磁链空间矢量的近似关系为dtdRssssiudtdssu dtssu或或l当电动机由三相平衡正弦电压供电时，当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称为磁链圆）。形（简称为磁链圆）。l定子磁链矢量定子磁链矢量)

17、(1tjsesl定子电压矢量定子电压矢量111()()()211()jtsjtjtssdedtjeepsu图图5-22 旋转磁场与电压空旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹间矢量的运动轨迹图图5-23 电压矢量圆轨迹电压矢量圆轨迹l直流电源中点直流电源中点O和交流电动机中点和交流电动机中点O的电位的电位不等，但合成电压矢量的表达式相等。不等，但合成电压矢量的表达式相等。l因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。222222()32()()()322(1)()33jjAOBOCOjjAOOBOOCOOjjjjjjABCOOABCuueueuuuueuueuu

18、eu eueeuu eu esAOBOCOuuuulPWM逆变器共有逆变器共有8种工作状态种工作状态当当 100ABCSSSuuu222dddABCUUU2423322(1)(1)3 23 2224242(1 coscos)(sinsin)3 233333jjjjddddUUeeeeUjUpppppp1u依此类推，可得依此类推，可得8个基本空间矢量个基本空间矢量。当当1 10ABCSSSuuu222dddABCUUU2423332(1)(1)3 2222424(1 coscos)(sinsin)3 2333322(13)3 23jjjjdddjddUUeeeeUjUjU eppppppp2ul

19、2个零矢量个零矢量l6个有效工作矢量个有效工作矢量07uu、16uu幅值为幅值为 23dU空间互差空间互差3p图图5-24 基本电压空间矢量图基本电压空间矢量图l6个有效工作矢量完成一个周期，输出基波个有效工作矢量完成一个周期，输出基波电压角频率电压角频率 l6个有效工作矢量个有效工作矢量16uu每个有效工作矢量作用每个有效工作矢量作用3p顺序分别作用顺序分别作用t时间，并使时间，并使13ptt31pk=1,2,3,4,5,6l定子磁链矢量的增量定子磁链矢量的增量 tss = u(1)3( )( )23sskjdkktUt ep ul定子磁链矢量运动方向与电压矢量相同，定子磁链矢量运动方向与电

20、压矢量相同，增量的幅值等于增量的幅值等于23dUtl定子磁链矢量的运动轨定子磁链矢量的运动轨迹为迹为 图图5-25 定子磁链矢量增量定子磁链矢量增量(1)( )( )( )( )ssssskkkkk t u图图5-26 正六边形定子磁链轨迹正六边形定子磁链轨迹l在一个周期内，在一个周期内，6个有效工作矢量个有效工作矢量顺序作用一次，顺序作用一次，定子磁链矢量是定子磁链矢量是一个封闭的正六一个封闭的正六边形。边形。l正六边形定子磁链的大小与直流侧电压成正六边形定子磁链的大小与直流侧电压成正比，而与电源角频率成反比。正比，而与电源角频率成反比。 1|( )| |( )| | ( )|2233 3s

21、sddkkktUUtp u122|( )| |( )| | ( )|33 3dssdUkkktUtp ul在基频以下调速时，应保持正六边形定子在基频以下调速时，应保持正六边形定子磁链的最大值恒定。磁链的最大值恒定。l若直流侧电压恒定，则若直流侧电压恒定，则1越小时，越小时， t越越大，势必导致大，势必导致 增大。增大。1dU常数l要保持正六边形定子磁链不变，必须使要保持正六边形定子磁链不变，必须使l在变频的同时必须调节直流电压，造成了控在变频的同时必须调节直流电压，造成了控制的复杂性。制的复杂性。l有效的方法是插入零矢量有效的方法是插入零矢量l当零矢量作用时，定子磁链矢量的增量当零矢量作用时，

22、定子磁链矢量的增量表明定子磁链矢量停留不动。表明定子磁链矢量停留不动。0s =l有效工作矢量作用时间有效工作矢量作用时间当tt1l零矢量作用时间零矢量作用时间10ttt1110()3tttp l定子磁链矢量的增量为定子磁链矢量的增量为(1)31012( )( )3kjssdkkttUt ep u0l在时间在时间t1段内，定子磁链矢量轨迹沿着有段内，定子磁链矢量轨迹沿着有效工作电压矢量方向运行。效工作电压矢量方向运行。l在时间在时间t0段内，零矢量起作用，定子磁链段内，零矢量起作用，定子磁链矢量轨迹停留在原地，等待下一个有效工作矢量轨迹停留在原地，等待下一个有效工作矢量的到来。矢量的到来。l正六

23、边形定子磁链的最大值正六边形定子磁链的最大值112|( )| |( )| |( )|3sssdkkktUt ul在直流电压不变的条件下，要保持在直流电压不变的条件下，要保持l输出频率越低，输出频率越低，t越大，零矢量作用时间越大，零矢量作用时间t0也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越长。长。l由此可知，由此可知，零矢量的插入有效地解决了定子零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾。| )(|ks恒定，只要使恒定，只要使t1为常数即可。为常数即可。l六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将六边形旋转磁场带有较大的谐波分

24、量，这将导致转矩与转速的脉动。导致转矩与转速的脉动。l要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。以供选择。lPWM逆变器只有逆变器只有8个基本电压矢量，能否用个基本电压矢量，能否用这这8个基本矢量合成出其他多种不同的矢量呢？个基本矢量合成出其他多种不同的矢量呢？l按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基）的

25、基本思想。本思想。l按按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。图图5-27 电压空间矢量的电压空间矢量的6个扇区个扇区l按按6个有效工个有效工作矢量将电压作矢量将电压矢量空间分为矢量空间分为对称的六个扇对称的六个扇区，每个扇区区，每个扇区对应对应3pl基本电压空间矢量基本电压空间矢量图图5-28 期望输出电压矢量的合成期望输出电压矢

26、量的合成l期望输出电压矢量期望输出电压矢量与扇区起始边的夹角与扇区起始边的夹角的线性组合构成期望的的线性组合构成期望的电压矢量电压矢量 1u2usul在一个开关周期在一个开关周期 T0图5-28期望输出电压矢量的合成的作用时间的作用时间1u2u1t的作用时间的作用时间2t121200123002233sjddttTTttUU eTTpuuul合成电压矢量合成电压矢量l由正弦定理可得由正弦定理可得解得解得120022332sinsin()sin33ddsttUUTTupps012sin()3du TtUps022usindTtUl零矢量的作用时间零矢量的作用时间2100ttTtl两个基本矢量作用

27、时间之和应满足两个基本矢量作用时间之和应满足当当l输出电压矢量最大幅值输出电压矢量最大幅值ss1202u2usin()sin cos()136ddttTUUpp6p120ttTsmax2dUul当定子相电压为三相平衡正弦电压时，当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量幅值三相合成矢量幅值 l基波相电压最大幅值基波相电压最大幅值 l基波线电压最大幅值基波线电压最大幅值32smUUmaxmax3lmmdUUUmaxmax233dmsUUulSPWM的基波线电压最大幅值为的基波线电压最大幅值为 两者之比两者之比lSVPWM方式的逆变器输出线电压基波最大方式的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电

28、压，比值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压逆变器输出电压最多提高了约最多提高了约15%。23maxdlmUU1.1532maxmaxlmlmUUl通常以开关损耗和谐波分量都较小为通常以开关损耗和谐波分量都较小为原则，来安排基本矢量和零矢量的作用原则，来安排基本矢量和零矢量的作用顺序，一般在减少开关次数的同时，尽顺序，一般在减少开关次数的同时，尽量使量使PWM输出波型对称，以减少谐波输出波型对称，以减少谐波分量。分量。 l按照对称原则，将两个基本电压矢量的作按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，安放在开关周期的首端用时间平分为二后，安放在开关周期的首端和末端。和末端。l零矢量

29、的作用时间放在开关周期的中间，零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并按开关次数最少的原则选择零矢量。并按开关次数最少的原则选择零矢量。l在一个开关周期内，有一相的状态保持不在一个开关周期内，有一相的状态保持不变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化，因而一相状态发生变化，因而开关次数少，开关开关次数少，开关损耗小损耗小。 图图5-29 零矢量集中的零矢量集中的SVPWM实现实现l将零矢量平均分为将零矢量平均分为4份，在开关周期份，在开关周期的首、尾各放的首、尾各放1份，在中间放两份。份，在中间放两份。l将两个基本电压矢量的作用时间平分将两个基

30、本电压矢量的作用时间平分为二后，插在零矢量间。为二后，插在零矢量间。l按开关次数最少的原则选择矢量。按开关次数最少的原则选择矢量。图图5-30 零矢量分布的零矢量分布的SVPWM实现实现l每个周期均以零矢量开始，并以零每个周期均以零矢量开始，并以零矢量结束。矢量结束。l从一个矢量切换到另一个矢量时，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化。只有一相状态发生变化。l在一个开关周期内，三相状态均各在一个开关周期内，三相状态均各变化一次，开关损耗略大于零矢量变化一次，开关损耗略大于零矢量集中的方法。集中的方法。l将占据将占据/3的定子磁链矢量轨迹等分为的定子磁链矢量轨迹等分为N个个小区间，

31、每个小区间所占的时间小区间，每个小区间所占的时间NT103pl定子磁链矢量轨迹为正定子磁链矢量轨迹为正6N边形，轨迹更边形，轨迹更接近于圆，谐波分量小，能有效减小转矩接近于圆，谐波分量小，能有效减小转矩脉动。脉动。l在每个小区间内，定在每个小区间内，定子磁链矢量的增量为子磁链矢量的增量为图图5-31 期望的定子磁链矢量轨迹期望的定子磁链矢量轨迹0)()(Tkkssu 非基本电压矢非基本电压矢量，必须用两个基量，必须用两个基本矢量合成。本矢量合成。( )skul为了产生为了产生l定子磁链矢量的增量为定子磁链矢量的增量为(0)s51212361000022(0)33jsddttttU eUTTTT

32、puuu53016211222(0)(0)33jssddTtttU etUpuuu图图5-32定子磁链矢量的运动定子磁链矢量的运动的的7步轨迹步轨迹211616211.(0,1)02.(0,2)23.(0,3)2(0,*)4.(0,4)05.(0,5)26.(0,6)27.(0,7)0ssssssssttttuuuu弧度内实际的定子弧度内实际的定子图图5-33 N=4时，实际的定子磁链矢量轨迹时，实际的定子磁链矢量轨迹3p磁链矢量轨迹磁链矢量轨迹l定子磁链矢量轨迹定子磁链矢量轨迹弧度的定子图图5-34 定子旋转磁链矢量轨迹定子旋转磁链矢量轨迹磁链矢量轨迹02pl定子磁链矢量轨迹定子磁链矢量轨迹

33、l实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链圆周围波动。圆周围波动。N越大，磁链轨迹越接近于越大，磁链轨迹越接近于圆，但开关频率随之增大。圆，但开关频率随之增大。l由于由于N是有限的，所以磁链轨迹只能接是有限的，所以磁链轨迹只能接近于圆，而不可能等于圆。近于圆，而不可能等于圆。l 8个基本输出矢量，个基本输出矢量，6个有效工作矢量和个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用效工作矢量只作用1次的方式，生成正次的方式，生成正6边边形的旋转磁链，谐波分量大，导致转矩脉形的旋转磁链，谐波分量大，导致转矩脉动。动。l

34、 用相邻的用相邻的2个有效工作矢量，合成任意个有效工作矢量，合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近于圆，圆。开关周期越小，旋转磁场越接近于圆，但功率器件的开关频率将提高。但功率器件的开关频率将提高。l 用电压空间矢量直接生成三相用电压空间矢量直接生成三相PWM波，波，计算简便。计算简便。l 与一般的与一般的SPWM相比较，相比较，SVPWM控制控制方式的输出电压最多可提高方式的输出电压最多可提高15%。AOU0BU 三相桥两电平逆变器三相桥两电平逆变器 、 、 只能是只能是 、 两电平，不能为两电平，不能为0，有，有 种

35、开关状态；最大相电压幅值种开关状态；最大相电压幅值 ，线电压有效值为线电压有效值为 三电平逆变器三电平逆变器 、 、 可有三种电平可有三种电平 、 、0，有，有 种开关状态。种开关状态。 COU2DV2DV82327332DV2DVCOUAOU0BU0)30(131COSVVDaNmDaNmVV320DaNmVV31300DDVV707. 021DV320aS1aS2aS2/21DaDAOVSVv021aDAOSVv2/21DaDAOVSVv27330态态1态态2态态三相桥共有三相桥共有 种开关状态种开关状态 DbBOVSv21DcCOVSv2112aAODSvV)(21baDBOAOABSS

36、Vvvv)(21CbDCOBOBCSSVvvv)(21acDAOCOCASSVvvvcbaDCABCABSSSVvvv1011100112cbaDCNBNANSSSVvvv2111211126060两电平：仅六个相差两电平：仅六个相差 的等幅矢量可选用于合成矢量的等幅矢量可选用于合成矢量 三电平：有三电平：有24个相差个相差 不等幅矢量可选用于合成矢量不等幅矢量可选用于合成矢量030)(V)(VSR-PI型速度调节器NNSNdtNNKNNKN002*1)*()(*不同的控制策略，要求有不同的不同的控制策略，要求有不同的V/V/f f 函数关系函数关系。前级前级AC/DC AC/DC 常采用不控

37、整流，当然也可以采用相控整流，或采用高频整常采用不控整流，当然也可以采用相控整流，或采用高频整流。流。AC-ACAC-AC直接变频优缺点直接变频优缺点AC/DC-DC/ACAC/DC-DC/AC间接变频优缺点间接变频优缺点三菱MELVECC-3000系统27339V22VAvBvCv000300600900330DV32DV31DV31aSbScS000300300VVV9V22V18V21V若要求若要求 相位为相位为 ，则可选，则可选 （ ）、）、 与零矢量合成与零矢量合成 若要求若要求 相位为相位为 ，则可选，则可选 与零矢量组合成与零矢量组合成 若要求若要求 相位为相位为 ，则可选，则可

38、选 （ ）、）、 、 与零矢量组合成与零矢量组合成 VVV9V18V22V21V单相桥单相桥1800逆变方波电压中逆变方波电压中,除基波除基波V1外还含有外还含有3,5,7次谐波次谐波,基波幅值基波幅值V1M= 有效值有效值V1= =0.9 。n次谐波次谐波VN=V1/n脉宽为脉宽为 的单脉波电压的单脉波电压VNM=41.27DDVVp41sin()2VDnnp2 2DVpDV三相桥逆变三相桥逆变1200方波线电压中除基波外还含有方波线电压中除基波外还含有5,7,11,13等次谐等次谐波波,基波幅值基波幅值 ,有效值有效值 n次谐波比基波小次谐波比基波小n倍。倍。三相桥三相桥SPWM逆变，输出

39、线电压是单极性电压逆变，输出线电压是单极性电压,线电压基波幅值线电压基波幅值VAB1M 。 VAB1M= =0.866MVD,小于小于1200方波的方波的V1M=1.1VDVAB1= VAB1M / =0.612MVD,小于小于1200方波的方波的V1=0.78VD (小小21.5%）二电平空间矢量控制时二电平空间矢量控制时 VAB10.707VD 载波比载波比N时时,线电压中低次谐波的频率线电压中低次谐波的频率N,N2,2N1,2N3.等。等。线电压中不含线电压中不含3K次谐波，若输出频率次谐波，若输出频率fO =fr=50Hz，载波频率，载波频率fC= 2.55KHz,则则N=2550/50=51 。低次谐波为。低次谐波为N-2=49次。次。DVM213DVM78. 0785. 0DDVVV78. 061p2DDMVVV1 . 1321p 采用采用SPWM控制时，固定载波频率控制时，固定载波频率fC，和载波电压，和载波电压Vcm，改变参考波频率电压，改变参考波频率电压fr, 即可改变输出电压频率即可改变输出电压频率fO（fO= fr)。改变参考波电压幅值改变参考波电压幅值Vrm, 使调制比使调制比M（Vrm /Vcm）改）改变，即可调控输出基波电压大小，参考波电压变，即可调控输出基波电压大小，参考波电压Vr(t)