空间矢量脉宽调制技术在交流感应电机控制中的应用

空间矢量脉宽调制技术在交流感应电机控制中的使用前言：由于交流感应电机的可靠性、坚固耐用、相对的低成本，它在许多应用领域已经渐渐地取代了直流电机。现在在许多工厂中的空气压缩机都是用交流感应电机来驱动的。速度控制交流感应电机可以节省大量的电能。在交流电机的中，空间矢量脉宽调制技术已经变成了流行的技术。其控制方法与仿真如下所述。关键词：空间矢量脉宽调制；交流感应电机；仿真。I.绪论随着可关断晶体管、大功率管、隔离栅双极晶体管等晶体管工作特性的的进步，频率转换方法使用在电机速度控制中正在变得越来越流行。脉宽调制变流器使在电机中控制电压和电流的频率和大小的数量级成为了可能。因此，相对于固定频率的电机驱动，脉宽调制换流电机驱动可以提供更好的效率和更高的性能。现在有正弦曲线、过度、和相对空间矢量脉宽调制等几种技术。空间矢量脉宽调制方法不仅可以产生转动磁场而且可以更好地提高电压的利用率。此外，在如今仿真技术已经变成了一种解决一些重要工程问题的技术方MATLAB/simulink仿真软件是一个非常重要的仿真软件，在我们产生产品之前，很有必要利用仿真软件去实现产品的可行性。II.空间矢量脉宽调制技术A.空间矢量脉宽调制技术的简介：空间矢量脉宽调制引用了由三相功率转换器是最上面的三个功率三极管组成的一个特殊矩阵。和直接正弦曲线调制技术相比，在应用于交流电机调相中时,空间矢量脉宽调制电压和电流的输出端可以产生极少的波形失真，并且可以提供更高效率的电压补给。典型的三相电压源功率变流器的结构如图InFig所示。在应用于应用于电机的绕组中时Va,VbandVc时电压的输出端。Q1到Q6六个功率晶体管形成输出端，他们由a,a’,b,b’,candc’六段控制。在交流感应电机的控制中，当最上端的功率管转换时，相应的下面的功率管是关断的。开和关的状态对于上端Q1，Q3和Q5是等同的，a，b和c端在电压输出端的估值是很足够的。Fig.1三相功率转换器图转换可变矢量[a,b,c]t之间的关系、行与行之间的的电压矢量之间的关系[VabVbcVca]t、输出相电压矢量之间的关系如下（1）、（2）式所示。B.转换方式和基本空间矢量如图inFig.1所示。在上部的三个功率晶体管的开和关的组合状态有八种可能的组合。注意到下部的功率管的开关状态和上部的功率管的是相反的，所以一旦上部的三个功率管的开关状态确定了，下部的功率管的状态就可以完全确定了。根据式（1）、（2），在直流电源下的八种组合开关管的状态组合和行与行之间的输出矩阵和相电压如Tab.1.所示。鸦Tab.1漠设备的开促关状态和相衣应的输出电汇压旅C.定子电万压的(三α捏,猾β线)结构表怒达汽在F透OC的运算属法则中，控和制变量可表乓达在一个转娱置结构中。猪电流矢量I闭sref侵可以直接控康制在规定的川参考电压矢他量中经过P淋ark-1爷转换的矩阵牙。这个基准舒电压矢量可怒以在(趟α装,什β幸)结构中钩表达。三相贺电Va,防Vban赢dVc之蒸间的电压和训基准参考电及压三相电压杏之间的关系厘同样可以在誉(诞α纷,未β庸)结构中候实现。抽三相电压在耀(梢α慢,算β色)结构中坏用克拉克转罚换方程表达告如下所示。羽由嫩于在功率转果换中八种状倘态组合都是晨有可能的，绍根据晶体管闲控制信号a丹，b，c的稼状态，V兆s沸α孝和V拆s泰β栗在(腊α草,忆β淡)结构表棉达中可以取头一串有限的扑数值。他们截之间的关系盛表达如表独2所示。架Tab.2丙定子电压盘此处支的U0,开U60,愿U120闪,U18膊0,U2趣40,U旧300,春O000腔和O111纳被称作基本桂空间向量。届Vs各α枪和Vs键β脏被称作基本插空间向量的秘分量。微D.熟输出电压的巾α喉,余β腐分解燕八个基本空奋间向量通过解联合转换的值定义如图F统ig2泽所示兔吼空间向量蜜脉宽调制技舒术的目的在汪于使用八个压基本空间向芳量去估算输切出的参考电碍压值。萝在八个可能锅转换状态下秤使用去估算算定子参考电警压期望值的扇方法就是联绿合邻近的定策子参考电压沉和调节每两划个邻近定子品的运行时间榴。参考电压茄Uout盛和U晕α叙,构U嘴β送与基本空间欧向量之间的市关系如图F座ig.3滔.所示。摆参考基准电膛压向量窄在图雪.Fig胶.3中参考切电压Uou英t在基本欺空间向量申U0和外U60与集相邻定子之喊间的运行时敏间之间的关介系如（4）起所示：已T尺1和T3周龙期的数量如榴（5）式所挎示:棉显累而易见，所健有基本空间膜向量的行列踢值都是2V秒DC/3.列最大的相电播压是空间向瓜量电压值的落2/3V幸DC，所以撤基本空间向伟量在组合的阁绝对值是6押00=赛=U新U。。从上肤面的方程为中我推断出夕T1和T3讽.写吸至岗蚊雅周姨期的余下时摄间都是耗在帅零向量中。报T0值的方市程就是T0奴=T-T1悦-T3.则州蛛霉保耕在教每一部分中赛，每个交换娃周期都是可甚以计算出来存的。时间矢熊量的运用数启量都与如下虹的变量有关葬：材到荣繁罚众辛在硬上述的范例丽中第三部分慕中，t1=绩-Z,t原2=X;营同关理可证，在甚其他部分中阿的输出电压报Uout昨中，相应的输t1和t2豪可以通过X录、Y与Z表寿示出来。屡表3.t1葬和t2的估插值默为全了知道上述毙中哪一个变菊量正在应用式，上述关系宽在参考电压矩矢量中的值杠必须得到。断E.关键部遮分和开关时昼间豆座拨为了确定这器部分，一佛个简单的的凡方法就是计愚算参考电压龟矢量在(a段,b,贩c)同一时蕉刻的Va毁,Vb访和Vc嫌的发射电绑压。这些发约射电压都是净相对于参考仪电压0的。丝缺发射电压V抚a,Vb笼和Vc胃如下式所示爬：涌忍倍剖护凉腐添木枯肌现在a，b盖，c三个变洪量的关系如坐下，如果V悠a>0,则携a=1，烧否则a=0倾；如果V稿b>0,则软b=1,否治则b=0；舒如果Vc>锐0，则C=鞭1，否则c穿=0。N淘=4c+2丰b+a。变占量N与其他葡部分的关系军如下表格所看示：表.4娃下一器步就是计算牌三个必须的叨占空比，其暂式子如下所锣示：循受透宇渔鸡朗意最后谈，根据上部服分我们必须营确定正确的触转换时间。鸡以下的表五煌，给出了确钟定关系：厨表.5判Tcm1扫Tcm2伍Tcm3伸估值转换时遗间栽III.仗空间矢量脉侧宽调制的仿很真舒在Matl牧ab/Si羡mulin更k的仿真环垄境中，我们任很容易去实调现SVPW饶M的运算早。图Fig封.4是全振部的模型结鲜构。图F端ig.5泛到Fi满g.10似时全部模型少的内部结构骨。椒图Fig.今4是全部离的模型结构稿。西IV.结厦果萌萄如果我们设膜置交流感应洁电机的参数电如下：朽电机倦模型：5k润w50竭0v1优460RP趁M辱转子流类型:鼠笼软式筑定子鸟阻抗和感应协系数[Rs金(ohm)姜Lis(H樱)]:[0扩.2147躺,0.00侄0991]牺日转子男阻抗和感应晨系数[R施r(ohm带)Lir(怪H)]:[掀0.220诞5,0.0枯00991腥]罩互感励系数Lm上(H):蛋0.064傅19荷Vd霞c:50屑0v技初始葡条件[1各,0舅0,0,扮0举0,0,0广]你根据湿以上，我们蜡可以得到如绣下仿真结果索.垂在仿搏真中我们可斯以看见：在倍经过3/2市的转换后孤，我们可以冬得到基准参级考电压，它疤们是理想的畏正弦波。顷根据转换时杨间，我们可幅以得到控制对功率变流器组和驱动电机飘的PMW波惨形。晚在Fig.震14中我们跌可以得到：音在电机驱动睬时，定子的温峰值电流可横达到450盘A。在开始姻的时间段，绢当转矩恒定震时，钉子电抛流大约是1固50A。定下子达到恒定姨时的启动时棕间大约是0赏.7s。三挠相输出电压毯的波形接近以于正弦波。狭因此，我能垃使用不对称拳的PWM信帮号，输出电腹压波形不是幸那么地接近感于正弦波。闷如果我们使瞧用非对称的睛PWM信号晃，波形将会握更好。此外童，眨和正弦调制站技术相比，弃在SVPW下M调制中顿，在输出电绕压和电流中幼我们可以在喘非零矢量中举插入一些对库称零的矢量旷去减少波形欲失真萍和正弦调制寸技术相比。够SVPWM抛技术可以帽使控制设