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PWM逆變器輸出電壓的矢量表示

提示:

如果三相交流電壓是正弦波,相電壓為: 可以看出,對于三相正弦交流電壓,它的瞬時空間電壓矢量為以ω角速度旋轉的矢量,對應不同時刻,就處在不同的位置。 眾所周知,電壓的時間積分是磁通。對瞬時空間電壓矢量進行積分得磁通矢量 可見磁通矢量比電壓矢量落后2/π的旋轉矢量,磁通矢量的軌跡為圓,圓周的半徑為 可以看出


    如果三相交流電壓是正弦波,相電壓為:

 

    可以看出,對于三相正弦交流電壓,它的瞬時空間電壓矢量為以ω角速度旋轉的矢量,對應不同時刻,就處在不同的位置。

    眾所周知,電壓的時間積分是磁通。對瞬時空間電壓矢量進行積分得磁通矢量

 

    可見磁通矢量比電壓矢量落后2/π的旋轉矢量,磁通矢量的軌跡為圓,圓周的半徑為

 

    可以看出,異步電動機使用正弦電壓供電時,氣隙磁場是圓形旋轉磁場,磁通矢量軌跡處在以一定速度均勻旋轉的圓上,電動機的轉矩沒有脈動。按此思路,如果變頻器在進行PWM控制時讓變頻器所產生的電動機磁通軌跡在近似為圓周上均勻移動,應該可以減小轉矩的脈動、并可控制電動機的轉矩。

    現研究變頻器的輸出電壓的瞬時空間電壓矢量。圖7-173相電壓型逆變器的主電路,為了研究方便,假定直流側帶有中性點,且與電動機的中性點相接。

 

7 -17 3相電壓型逆變器的主電路

    定義三相橋臂的上側開關導通狀態記作“si =1”,下側開關導通狀態記作“Si =0”。當Si=1時,電動機的相電壓等于- Edc2;當Si=0時,電動機的相電壓等于-Edc/2。用U(SuSv Sw)表示三相逆變器的電壓矢量,SuSvSw分別為UVW相橋臂的開關狀態。

    于是三相逆變器的輸入和輸出的關系,可以用開關函數來描述。三相輸出電壓為

 

三相輸出線電壓為

 

直流輸入電流為idc

 

由此可以看出,當Su=Sv=Sw時,逆變器的直流輸入電流idc=0;否則,直流輸入電流為某一相線電流值。

    將式(7-26)的三相逆變器的輸出電壓代入空間電壓矢量的式(7-22),則逆變器的電壓矢量如圖7-18所示。

    Us(101)為例,由式( 7-26)

 

代入式(7-22),得

 

可得圖7 -18中的電壓矢量U5(10,  1)

 

7 -18逆變器

  的電壓矢量

    由此可見,三相逆變器的空間電壓矢量只有8種,即Uo (000)U1(001)U2 (010)U3(011)U4(100)U5(101)U6(110)U7(111)。其中Uo(000)U7(111)為零矢量,矢量的模為0,它對應逆變器的三個橋臂的上部開關器件(或下部開關器件)同時處于導通(或關斷)狀態,因而電動機的三相繞組處于短路狀態。

    利用空間電壓矢量的概念可以對PWM波形進行評估,并可利用空間電壓矢量控制電動機的氣隙磁通并減小異步電動機的轉矩脈動。

    采用空間矢量控制的三電平逆變器

    數字技術很自然地延伸到多電平逆變器中。事實上,多電平逆變器中空間矢量控制技術的原理與兩電平逆變器的相同。

    更高的電壓等級會增加此技術實際應用的復雜性。例如,在Ⅳ:3電平逆變器中,每臂允許有N=3種不同的開關組合,因而,共有N327種有效開關組合,產生由圖7-19所示N3= 27空間矢量(U1u2,…,u27)表示的N3= 27個負載線電壓。例如,由于線電壓的標幺值為Uab=0.5Ubc=0.5Uca=- 1.0,則U2=0.5+ j0. 866。盡管原理相同,但空間矢量數字算法必須處理更多狀態N3。而且,因為一些空間矢量(7-19 中的U13U14)產生相同的相電壓,算法必須根據另外的準則選擇兩者之一,并把它作為基本空間矢量。很顯然,隨著電平數量的增加,算法變得越來越復雜,可是電平數量的增加所帶來的優點不很明顯。在實際應用中最多采用5電平,這需折中考慮實現的復雜程度和所得波形的優劣。

 

7 -19  電壓源逆變器的空間矢量

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(責任編輯: 艾特貿易網 )

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