【变频调速与SVPWM技术概述2900字】

变频调速与SVPWM技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u3971变频调速与SVPWM技术概述 1278961.1变频调速原理 1194201.1.2变频调速基本原理 268091.1.2恒压频比控制方式 2144881.2SPWM的基本原理及特点 568231.3SVPWM技术基本原理及特点 6287441.3.1SVPWM技术的基本思想 6290911.3.2基本电压空间矢量 6265031.3.3磁链轨迹的控制 8240351.3.4SVPWM与SPWM的比较 91.1变频调速原理当异步电机进行变频调速的时候，若输入端是电压和频率都能够进行调节的交流源，便可以得到理想的控制效果。这时依靠电力电子器件的功率变换器，即变频器便可获得电压电流均可调的交流电源。其中涉及到脉冲宽度调制技术，又称交流PWM变频技术，这也是当今变频器用得最多的控制技术。对逆变器里面的电力电子器件进行开通和关断处理，得到脉冲波形的宽度有规律变化且幅值相等，然后将之代替为所需的输出电压，这就是PWM（脉冲宽度调制）的基本原则。SPWM（正弦脉冲宽度调制）则是采用PWM的基本原则将正弦波调制为三角波，又随着技术发展，SVPWM（电压空间矢量PWM）也随之产生。1.1.2变频调速基本原理根据三相异步电动机的转速公式：（2-1）

式（2-1）中f1为异步电动机的定子电压供电频率；p为极对数：s为转差率。其中变频调速系统的调速过程性能好，不改变转差率，效率高，所以是当下交流系统里最热门的研究对象。调节f1，即可调节n1，于是便可调节转速。若f1可以进行连续调节那么转速也可以平滑改变，这就是变频调速原理。1.1.2恒压频比控制方式对于三相异步电动机，其机械特性曲线如图2-1所示，当其运行时，忽略定子阻抗压降，定子每相电压为：

（2-2）

式（2-2）的E1是定子感应电动势，f1是定子电源频率，N1是匝数，

kw

为基波绕组系数，Φm

为每极气隙磁通量。图2-1三相交流异步电动机机械特性当额定频率时，若只下降频率而不改变电压，则气隙磁通会增加，甚至导致磁路保护以至于电机过热损坏。所以要让气隙磁通不发生改变，那么在降低频率的同时也需改变电压，让电压和频率的比保持一个常数，所以这种控制方法又称为恒压频比控制法。变频后电动机的机械特性如图2-2所示。从图2-2可看出，当电机向低于额定转速方向调速时（图2-2（a）），曲线近似平行下移，这说明，减速后的电动机仍然保持原来较硬的机械特性，表现出恒转矩特点，但最大转矩却随着电机转速下降而逐渐减小。这就造成了电机带负载能力的下降。当电机向高于额定转速方向调速时（图2-2（b）），不但最大转矩减小机械特性也变软，表现出恒功率特点。nＯnＯT2T1TnTn0n1n2nf2f1fn=50HZfn>f1>f2(a)基频以下机械特性T4T3TnT(b)基频以上机械特性f4>f3>fnf4f3fnfn=50HZＯn4 n3n0低频时，Us（相电压）和Eg（Eg为相电动势，考虑到电动势较高时，可以忽略定子绕组的电阻压降和漏抗压降，而认为相电势近似等于定子相电压）都比较小，定子电阻和漏抗压降所占的份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为把定子电压升高一些以补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于图2-3，采用这种U/f转矩补偿后的电动机机械特性如图2-4所示。ＯＯUmaxU50Hzfnn0n1n2f2f1fn＝50HzTnT（a）U/f补偿曲线（b）补偿后的机械特性2-3恒压频比控制特性异步电动机的电磁转矩公式为：

（2-3）

式（2-3）中CT1一转矩系数；Φm一主磁通；I2一转子电流；cosφ2一转子侧功率因数。可知电动机磁通Φm和与电磁转矩成正比。但异步电机的转子电流非外部可控，所以要想改变磁通只能去改变电磁转矩。实际中恒压频比法便可改变转矩，但注意得去考虑电动机的各个耐受值。而且这种控制法还有一个调节时动态响应差的缺点，所以不应用于负载波动大的情况。1.2SPWM的基本原理及特点正弦脉宽调制（SinusoidalPWM，SPWM），是以高频三角波作为载波，把需要输出的三相对称正弦波作为调制波，控制逆变器的一个桥臂的上、两个开关管导通与关断，直接将所需的正弦波等效成一系列幅值相等占空比不等的矩形波。换而言之改变PWM的占空比就可以改变输出电压。如某一时刻需要1.5V的电压，但只有15V的直流电源，则将直流电源接通10%的时间，剩下90%的时间都不工作，即可等效为1.5V。如果在半个正弦周期内，只有上（下）桥臂的开关管反复通断，下（上）桥臂开关管动作，则称为SPWM的单极性调制法，单极式SPWM的原理如图2-7所示。如果在整个周期内，上、下桥臂的开关管交替导通与关断，即上通下断和上断下通的状态反复切换，则称为SPWM的双极性调制法。双极式SPWM的原理如图2-8所示。图2-8双极形式PWM图2-8双极形式PWM（SPWM）控制方式波形图2-7单极性调制法图2-8双极性调制法1.3SVPWM技术基本原理及特点图2-8双极性调制法1.3.1SVPWM技术的基本思想SVPWM是将逆变器和电机看成一个整体，用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量，依据电机磁链和电压的关系，通过控制逆变器功率器件的开关状态来实现对电机恒磁通变压变频调速[3]。若忽略定子电阻压降，当定子绕组施加理想的正弦电压时，由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量，故气隙磁通以恒定的角速度旋转，轨迹为圆形。1.3.2基本电压空间矢量图2-9是电压型PWM逆变器，当控制其功率开关器件的导通关断和控制时间，让电压矢量的运动轨迹接近圆形，这样产生的谐波就会变小且电压利用率变高。，，分别代表图中个桥臂的开关状态。令上下桥臂同时只能有一个导通或者关断，那么当上桥臂导通时，设开关状态为1，下桥臂导通状态为0，所以，，形成、、、011、、、、111共八种（）开关模式。其中和开关模式让逆变器的输出电压为零，即零状态。UUDC－＋图2-9三相电压型逆变电路可推导出，三相逆变器输出的相电压矢量[UAUBUC]T与开关状态变量[abc]T的关系为（UDC为直流侧电压）：(2-4)上式中的相电压值是在三相静止的坐标系中。根据以下变换公式就可将三相坐标系中的相电压转换到坐标系（α轴与轴重合，轴超前轴90°）中，表是其转换结果。(2-5)表1.1开关状态与相电压在oαβ坐标系分量的对应关系abCUαUβ矢量符号00000U0001000U0110U60010U1200110U180001U240101U30011100U111βU0(100)U60(110)U120(010)O000(000)O111(111)U180(011)U300(101)UβU0(100)U60(110)U120(010)O000(000)O111(111)U180(011)U300(101)U240(001)图2-10基本电压空间矢量ＯF图2-11正六边形磁链轨迹ABCDF图2-11正六边形磁链轨迹ABCDE012345ωU300U0U60U120U180U24060°θUxUOUTUx+60图2-12电压空间矢量的线性组合如图2-11所示，当逆变器只输出U0时，定子磁链的终点由到沿平行U0的方向移动，当移动到点时，若输出变为U60，则的终点也相应地变成从往的移动。同理，当这六个矢量单独输出，的轨迹就变成了六边形。换而言之输出矢量越多，轨迹越接近圆形。但非零矢量仅六个，所以若想更接近圆形，便可以通过这六个矢量进行组合，具体方法如下：在图2-12中，可由矢量和相合成来得到，它等于的倍与的倍相加。其中和分别是和矢量的作用时间：是矢量的作用时间。所以在下一个TPWM内，若要得到新的矢量仍用UX和UX±60两个矢量进行组合，且要与UOUT有相等的幅值。同理，若TPWM足够小，电压空间矢量的运动轨迹就越与圆相似。可见控制电路有如下特点：1．控制电路直流电压利用率高，最大相电压幅值为。1.若要让每次状态变换时只有一个桥臂的导通状态发生改变，可以选择恰当的零矢量，如此开关损耗便得以降低。3.的大小会导致旋转磁场的边数，越小，边数越多，当然开关损耗也会增加，可以由需定制。4.逆变电路可构成直接转矩控制变频调速系统，容易实现数字化控制。1.3.4SVPWM与SPWM的比较调制是从三相交流电源出发，其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源。虽然可以得到三相正弦电压，但直流电压利用率较低，相电压峰值仅直流侧电压的一半