1、基于基于SVPWM的的VVVF开环驱动开环驱动三相异步电机三相异步电机坐标变换理论坐标变换理论 矢量变换控制中涉及到的坐标变换有静止三相与静止二相，以及静止二相与旋转二相的变换及其逆变换。抽象成坐标系间的关系就是变量从静止as-bs-cs坐标系向静止-坐标系的变换，以及变量从静止-坐标系的变换向同步速旋转M-T坐标系的变换。此外直角坐标与极坐标的变换也是必须采用的一种变换。坐标变换理论坐标变换理论 静止三相与静止二相变换的数学模型为：111222333022abcfffff坐标变换理论坐标变换理论 旋转变换的数学模型为：cossinsincosqdffffSVPWM 任何一个电气传动系统在运行
2、中都要服从基本的机电运动规律转矩平衡方程式 可以看出，整个系统动态性能的控制反映在转子角加速度dw/dt的控制上，实质上是对系统动态转矩(T-TL)的控制。在负载转矩TL的变化规律已知条件下，也就是对电机电磁转矩T的瞬时控制。LdTTJdtSVPWM 为了将交流矢量变换成两个独立的直流标量来分别进行调节，以及将被调节后的直流量还原成交流量最后控制交流电机的运行状态，必须采用矢量的坐标变换及其逆变换，故这种控制系统称为矢量变换控制系统。 矢量变换控制的基本思路是将一台三绕组异步电机经过坐标变换变成一台二绕组的等效直流电机。SVPWM 下图为普通三相逆变器结构，因为逆变桥的上下桥臂开关状态互补，所
3、以Ql-Q6这六个器件可以形成八种开关状态000-111(规定上桥臂导通为1，下桥臂导通为0)，逆变器开关状态与输出相、线电压及八个基本电压空间矢量关系。SVPWM 根据空间矢量的定义，可以得到8个夹角互为60的基本控制矢量，U0及U7为零矢量其它6个矢量为工作矢量。8个基本矢量的分布如下图所示。SVPWM 利用以上8个电压矢量可合成任意的电压矢量。某一时刻给定参考电压矢量Uref由两个相邻电压矢量U1和U2合成，设T1和T2分别表示U1、U2的作用时间，为了补偿Uref的旋转频率，插入了零矢量，作用时间为T0。系统原理系统原理本次实验中，斜波加速部分沿袭前次实验内容。函数模块V-F的函数表达
4、式为 001NNUUUuUf式中，UN为电动机额定电压，fN为电动机额定频率，U0为初始电压补偿值，此处u(1)为频率f。瞬时角度2dtfdt电压U、瞬时角度经汇总为一维矢量 1 ,2xuu 其中的u(1)、u(2)依次表示电压、瞬时角度。函数模块ua、ub、uc分别用于产生三相调制信号ua、ub、uc，即系统原理系统原理 1 *sin2auuu 2*1 *sin23bpiuuu 4*1 *sin23cpiuuu系统原理系统原理 由前文分析可知，SVPWM算法的实现主要是确定合成Uref的两个基本电压空间矢量及零矢量，以及各个矢量的作用时间和组合顺序，具体由三步实现。(1)判断参考电压矢量Ur
5、ef所在扇区(2)确定两个非零矢量作用时间(3)计算矢量切换点及不同扇区切换点的确定判断参考电压矢量判断参考电压矢量Uref所在扇区所在扇区 首先，规定六个空间矢量所在的三条直线的法线，方向分别为绕组轴线方向逆时针旋转90，如图2中Va、Vb和Vc所示。根据给定电压空间矢量在这三个法矢量上投影正负可判断该电压空间矢量位于哪一个扇区，为此我们引入判断扇区标号的三个标量va、vb和vc，它们分别表示给定电压空间矢量Uref在法矢量上的投影。21212132132abcvUvUUvUU判断参考电压矢量判断参考电压矢量Uref所在扇区所在扇区 则可由N=sign(va)+2sign(vb)+4sign
6、(vc)的值确定Uref所在的扇区，其对应关系如下表。图扇区号123456N513264确定两个非零矢量作用时间确定两个非零矢量作用时间 考虑到参考电压所在扇区不同T1、T2的计算可归纳为下面三个值的计算：221213332332sdcsdcsdcU TXUUUTYUUUTZU确定两个非零矢量作用时间确定两个非零矢量作用时间 相邻两矢量的作用时间如表下所示。扇区号123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-Z图计算矢量切换点及不同扇区切换点的确定计算矢量切换点及不同扇区切换点的确定 矢量切换点的计算如下表所示。扇区号123456Tcm1tbomtaomtaomtcomtcomtbom
7、Tcm2taomtcomtbomtbomtaomtcomTcm3tcomtbomtcomtaomtbomtaom1241222aombomaomcombomTsTTtTttTtt仿真模型仿真模型 系统仿真图 矢量变换的仿真实现 计算X、Y、Z的仿真实现 判断空间矢量所在区域的仿真实现 T1、T2赋值的仿真实现 Tcm1、Tcm2、Tcm3赋值的仿真实现 PWM产生的仿真相关参数相关参数仿真算法 ode23tb仿真精度1e-3最大采样步长1e-5采样时间7s补偿电压30V起动时间5s斜坡输出斜率10限幅器限幅50三角载波周期5e-4PN=2.2KWUN=380VnN=1500r/minfN=50
8、HzVdc=931VTs=0.02s实验中得出调制信号为0.001s0.009s，故取三角载波幅值0.0010.009，即调制比m=1。直流侧电压取380/0.8=475V波形分析波形分析可知，到达起动时间以后，由于矢量调制的关系，需要一点时间的缓冲，才使得波形达到稳定，波形大致与SPWM调制的相似。起动调节过程中，三相调制信号的幅值和频率是逐步增加的，随频率的增加转速逐步提高，信号幅值的提高，保证了电机电流在起动过程中保持不变。空载三相电流与转矩都较小，转速基本达到同步转速1500r/s，而线电压明显达不到给定的电压值。波形分析波形分析00.511.522.5300.0010.0020.00
9、30.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01调 制 信 号t(s)Tcm(s)00.511.522.53-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5三 相 电 流t(s)is(A)波形分析波形分析00.511.522.53-2-101234转 矩t(s)Te(N*m)00.511.522.53050010001500转 速t(s)n(rad/s)波形分析波形分析00.511.522.53050100150200250300350400线 电 压 Uab离 散 有 效 值t(s)Uab(V)-2-1.5-1-0.500.511.52-1.5-1-0.500.
10、511.52定 子 磁 链 轨 迹电机在零状态起动时，电机磁场有一个建立过程，在建立过程中磁场变化是不规则的，这也引起了转矩的大幅度变化，稳定后磁场呈规则的圆形。实验结论实验结论SVPWM可以提高电压的利用率，谐波优化程度高，消除谐波效果比SPWM好，并且噪声低、转矩脉动小；磁通轨迹法思路新颖，突破了SPWM以追求逆变器输出电流接近正弦波为目标的概念，直接控制气隙磁通，既能使电机工作稳定，又能保证具有良好的性能。xyzUabw9Tew8nw7isw6Tcmw5Tw4xyzw3U1U2w2dw11qw10Uabcw1tw0udf(u)ucf(u)ubuabf(u)ua1f(u)uaContinu
11、ouspowerguiphisnisTcm1Tcm2Tcm3pwmcreatpwmUaUbUcU2U1abc-12U2U1VdcTsXYZXYZf(u)Ws*1931VdcgABC+-Universal BridgeUabcUabU1U20.02TsTeNT1T2TsTcm1Tcm2Tcm3Tcm123TcmnXYZT1T2T1T2TU2U1NSubsystem2Saturation1RampsignalrmsRMS12Multimetermis_abcphis_qdwmTeMachinesMeasurementDemux1sIntegrator2*piG69.55G50ConstantClo
12、ckTmmABCAsynchronous MachineSI Units528V矢量变换的仿真实现2U11U20.5G51.414/1.732G41/1.414G20.5G1Add1Add3Uc2Ub1Ua计算X、Y、Z的仿真实现3Z2Y1X1/1.732G61.5G51.5G41.732G1Divide2Divide1DivideAdd1Add4Ts3Vdc2U11U2判断空间矢量所在区域的仿真实现1NSwitch2Switch1Switch0.5G50.5G44G32G21.732G11.732G00Constant21Constant1Add2Add1Add2U11U2T1、T2赋值的仿
13、真实现2T21T1MultiportSwitch1MultiportSwitch-1G3-1G2-1G14Z3Y2X1nTcm1、Tcm2、Tcm3赋值的仿真实现taomtbomtcom3Tcm32Tcm21Tcm1MultiportSwitch2MultiportSwitch1MultiportSwitch0.25G20.5G10.5G0Add2Add1Add4Ts3T22T11NPWM产生的仿真1pwmRepeatingSequenceRelay3Relay2Relay1NOTLogicalOperator2NOTLogicalOperator1NOTLogicalOperatordoubleData Type Conversion6booleanData Type Conversion5doubleData Type Conversion4doubleData Type Conversion3booleanData Type Conversion2booleanData Type Conversion1Add2Add1Add3Tcm32Tcm21Tcm1
