【正文】 () 電磁轉(zhuǎn)矩方程 ])([ iiLLiiLT qdqdqfmdem p ??? () 4． 2 正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù) PWM的控制方式其實(shí)是逆變電路中的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行通斷控制，然后通過(guò)控制輸出端 ,輸出多個(gè)等幅不等寬脈沖波調(diào)制的技術(shù)，然后用面積相等原則 ,就可以用這些脈沖波代替正弦波的波形，按照一定的方法規(guī)律來(lái)調(diào)解各個(gè)脈沖寬度，就可以改變輸出電壓的頻率 、也可以改變逆變電路輸出電壓的大小。中間濾波環(huán)節(jié)的濾波基本都是使用電容濾波電路進(jìn)行。早負(fù)半周我們也可以使用一樣的方法進(jìn)行等效處理。這是因?yàn)榈妊?三角波上寬度，下寬度和高度是成線性關(guān)系的，而且左右對(duì)稱(chēng)的，我們只要在它們和一個(gè)光滑曲線的交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到一組脈沖寬度是和這個(gè)曲線的函數(shù)正比的函數(shù)值的矩形脈沖。當(dāng) VT4關(guān)斷的時(shí)候，此時(shí)負(fù)載上電壓為 O。當(dāng) VT3關(guān)斷的時(shí)候，此時(shí)負(fù)載上電壓為 0。 由圖 4． 4可知，可以總結(jié)出 VT3和 VT4的通斷規(guī)律。如果 uruc，則 VT2導(dǎo)通， VT3關(guān)斷 [7]。 圖 雙極性 PWM控制方式 在正弦波半個(gè)周 期波形內(nèi)單極性控制每相開(kāi)通或關(guān)斷的只有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件。當(dāng) uruc時(shí)， VT2和 VT3處于導(dǎo)通狀態(tài)， VTl和 VT4關(guān)斷，這個(gè)時(shí)候的負(fù)載電壓 u0=ud。 (1)異步調(diào)制 調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)，讓這兩種信號(hào)波不同步的調(diào)制方式我們稱(chēng)異步調(diào)制。這時(shí)，正弦波和輸出波型之間存在比較大差異，電路的輸出特性會(huì)變差，就三相逆 變器來(lái)說(shuō)，三相輸出的對(duì)稱(chēng)性會(huì)比之前變差。對(duì)于三相系統(tǒng)，為了保持三相之間對(duì)稱(chēng)、互差 120度的相位角， 載波比 應(yīng)取 3的整數(shù)倍；為保證雙極性調(diào)制時(shí)每項(xiàng)波形的正、負(fù)半波對(duì)稱(chēng)，則該倍數(shù)應(yīng)該取奇數(shù)。 如 4． 6所示為同 步調(diào)制三相 PWM波形 圖 同步調(diào)制三相 PWM波形 (3)分段同步調(diào)制 為了是異步調(diào)制和同步調(diào)制的缺點(diǎn)得到改善，我們一般都會(huì)將他們結(jié)合起來(lái)，采用分段同步調(diào)制的方式，也就是把逆變電路的輸出頻率分成幾個(gè)頻段，然后在每個(gè)頻段內(nèi)都固定一個(gè)載波比，在不同的頻段載波比也不一樣。SVPWM技術(shù)具有噪聲低、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、諧波含量少、電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn)。 圖 三相電壓型逆變電路與電壓矢量圖 第一、第二、第三橋壁開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)狀態(tài)由 a、 b、 c表示，上橋臂開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通狀態(tài)表示為“ 1，下橋臂開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通狀態(tài)表示為“ 0’’，那么逆變器的 8種工作狀態(tài)按照 abc依次排列分別表示為 100， llO， 010， 011， 001， 101以及 111和000，分別對(duì)應(yīng)空間矢量 ul、 u u u u u u u8， 前 6種工作狀態(tài)時(shí)有效地，后 2個(gè)狀態(tài)是無(wú)效的。 21112111231???????????????????????????????????????cbaUuuudcCNBNAN () 通過(guò)三相變換坐標(biāo)到兩相后，三相電壓 UA、 UB、 Uc在 (α ,β )坐標(biāo)系下電壓表 達(dá)式為： ????????????????????????????????????uuuuuCNBNAN232123210132?? () 為了得到更多邊形以此得到逼近圓形磁場(chǎng)的效果，就必須在每一個(gè)扇區(qū)有多個(gè)工作的狀態(tài)，讓他們形成更多不同相位的電壓空間矢量，如果想要得到旋轉(zhuǎn)電壓空間矢量就要利用矢量的不同作用時(shí)間來(lái)等效實(shí)現(xiàn) [13]。 圖 電壓空間矢量的線性組合 如果電壓空間矢量用線電壓合成公式表示，可得 euuu jrBCABs tt ??? )()( （ ） 根據(jù)各個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)線 電壓表達(dá)式可以推出 ]23)[()]3s i n3( c o s[)(020201020130201302012 TtTtTtUTtTtUeTtTtUeUTtUTtujjdcdcjxdejxdcdcs???????????? () 令 ()式和 ()式虛數(shù)項(xiàng)和實(shí)數(shù)項(xiàng)分別相等，則有 ??????????UTtuUTtTtudcsdcs02020123s in)2(c o s?? () 從而可解得 t1和 t2值： ??????????UuTtUuTtdcsdcs???s in32)s in31( c o s0201 () 第五章 其它硬件的選擇 轎廂位置檢測(cè)裝置選擇 選層器 就是 轎廂位置檢測(cè) 的 裝置，它檢測(cè)電梯轎廂所處位置，運(yùn)行狀態(tài)， 非常及時(shí)的發(fā)出所需要的信號(hào)給控制系統(tǒng)。 有如 下幾種位置檢測(cè)方法： 用簧管磁感應(yīng)器或 是 其它 的 位置開(kāi)關(guān)。 由于本文是五層電梯的控制故選用感應(yīng)器檢測(cè)轎廂位置。接點(diǎn)控制阻性 1A，能控制直流和交流 380V 以下的電源電壓。其次，電梯也對(duì)拖動(dòng)的電機(jī)有以下要求： 高速或低速運(yùn)行時(shí)要有較大的 堵轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩和較小的堵轉(zhuǎn)電流。 考慮到以上幾個(gè)方面決定選用交流雙速異步電動(dòng)機(jī)。 pfn 601 ? (51) p sfn )1(602 ?? (52) 式 51 是同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式，式 52 是轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速表達(dá)式，由以上兩式可以看出，異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和磁極對(duì)數(shù)成反比，當(dāng)磁極對(duì)數(shù)增加一倍時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n1 下降到原轉(zhuǎn)速的一半，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 n2 也將下降近似一半。 圖 53 異步電動(dòng)機(jī) 2Y/△ 聯(lián)結(jié)方式 當(dāng)定子繞組的 U V W1 三個(gè)接線端接三相交流電源，而將 U V W2三個(gè)接線端懸空，三個(gè)定子繞組接成三角形聯(lián)結(jié)，電機(jī)以四極低速運(yùn)行。 單繞組雙速電動(dòng)機(jī)定子繞組引出六根出線端，可以結(jié)成 2Y/△ 、 2Y/Y、 2Y/2Y等。或者是一套繞組在不同的運(yùn)行速度下接法不同。 高速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)有較高的效率和功率因數(shù)。 產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn) 體積小 控制大 使用簡(jiǎn)單 圖 52 電梯感應(yīng)開(kāi)關(guān)（永磁感應(yīng)器） 牽引電機(jī)的選擇 因?yàn)闋恳娞莸膭?dòng)力電機(jī)都是短時(shí)工作制，其基本上都是工作在起動(dòng)、恒速、制動(dòng) 、停止四個(gè)狀態(tài)，這樣頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)工作就要求所選的電機(jī)要有起動(dòng)和過(guò)載能力慣性機(jī)械強(qiáng)度大、絕 緣材料等級(jí)高的特點(diǎn) [14]。 表 52 永磁感應(yīng)器參數(shù) 產(chǎn)品型號(hào) YG1 產(chǎn)品概述 永磁感應(yīng)器又稱(chēng)電梯感應(yīng)開(kāi) 關(guān)，用于電梯平層限位控制，也可用其它限位控制。 穩(wěn)態(tài)磁保開(kāi)關(guān)。當(dāng)電梯將要到達(dá)所要停站的樓層的時(shí)候，會(huì)給曳引機(jī)發(fā)出減速信號(hào)，使其減速；平穩(wěn)停車(chē)之后在發(fā)出信號(hào)消除已經(jīng)應(yīng)答的呼梯、選層信號(hào)，并給出轎廂目前的位置。設(shè)換相周期 為 T，時(shí)間 t1用于工作狀態(tài) u1，時(shí)間 t2用于工作狀態(tài) U2，在這 us。如圖 4． 8所示為電壓空間矢量的放射形式 [7]。它們空間上電角度互相之間的差是 1200，三相繞組上分別加上三相定子相電壓 UA、 UB、 UC；它們合成空間矢量 u是旋轉(zhuǎn)的空間矢量，合成的空間矢量其幅值不變但是電 壓為每相電壓的。同時(shí)，各頻段 的載波比都必須是 3的整數(shù)倍且要是奇數(shù)。但是，受到開(kāi)關(guān)器件允許的開(kāi)關(guān)頻率的限制，保持 載波比 值不變，在逆變器低頻運(yùn)行時(shí)， 載波比 值會(huì)過(guò)小，導(dǎo)致諧波含量變大。所以，在我們使用異步調(diào)制的時(shí)候，總是希望能夠盡可能的提高載波的頻率，以此來(lái)讓調(diào)制信號(hào)頻率較高的同時(shí)仍然能夠保持較大的載波比，以 此使輸出特性得到改善 （ 2)同步調(diào)制 載波比 N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的調(diào)制方式稱(chēng)為同步調(diào)制。信號(hào)波半個(gè)周期之內(nèi)， PWM波相位是變化的，脈沖個(gè)數(shù)同樣也是變化的，半周期內(nèi)前后 1／ 4周期脈沖和正半周和負(fù) 半周脈沖都不對(duì)稱(chēng)。 PWM逆變電路里， fc表示載波頻率， fr表示調(diào)制信號(hào)頻率，它們之比為 N， N稱(chēng)為載波比，既 N=fc／ fr。 對(duì)圖 4． 4所示 的采用雙極性控制方式時(shí)單相橋式 PWM逆變電路 的波形，如圖 4． 5。三相橋式的 PWM逆變器在一般情況下都是采用的雙極性控制方式。而當(dāng) uruc時(shí)，負(fù)載上的電壓為 uo=0，這個(gè)時(shí)候 VT1是導(dǎo)通的， VT4關(guān)斷。所以，負(fù)載上總共可以得到的電平有 3種：177。所以整個(gè)過(guò)程中負(fù)載上的電壓 Uo只有兩種電壓： Ud和 0。 如果在正弦波的半個(gè)周期里面，三角載波只是在正或者負(fù)其中一種極性的范圍里面變化，而且我們的到的 SPWM也只是在一個(gè)極性里面，那么就叫做單極性控制方式，如圖 4． 3就是單極性 PWM控制方式波形 [7]。由于各脈沖的幅值都是相同的，所以可以直接用 恒指直流電源供電。 將正弦波等效成 SPWM波時(shí)，都是把一個(gè)正弦半波劃分為 N等分 (這里我們就取N=7)， 然后我們又將每個(gè)等分好了的正弦半波的曲線和它橫軸所包圍形成的面積都用高度相 等的矩形脈沖代替，而且這些矩形的中點(diǎn)都要與每一個(gè)等分的正弦波的中心對(duì)齊。其中的 逆變電路用PWM技術(shù)直接把直流調(diào)制成為正弦交流電，而且可以調(diào)頻調(diào)壓。因?yàn)?d q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可用來(lái)分析 永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能，所以一般在 d q坐標(biāo)系下建立永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型。其中 id=O運(yùn)行是運(yùn)行方法中最簡(jiǎn)單的一種，該方法控制算法簡(jiǎn)單，沒(méi)有去磁效應(yīng)，定子電流與電磁轉(zhuǎn)矩是正比關(guān)系。 ，定子電流 is出現(xiàn)在了 q軸上。當(dāng) id=0時(shí)，如果從電動(dòng)機(jī)的端口看，就等效于他勵(lì)直流電 動(dòng)機(jī)。對(duì)于隱極永磁同步電機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁路是對(duì)稱(chēng)的，即 Ld=Lq。 令各等式為 O，對(duì)函數(shù)求偏導(dǎo)，得 ???????????????????????????????????0]})([{),(0]})([{),(0])[(),(2222iiLLiTiiiLLiiiiiiiLLiiiiiiqdqdqfemqddqdfqdqqqdqqdqdddqdLLL???????? () 求解出上式，并留意到 id取負(fù)值，且 LdLq，得 LiLLLiLLidqdffqdqffdqd)1(24)(24 2222222 )1()(????????? ???????? () 式中，ρ是電動(dòng)機(jī)得凸極率， LLdq?? 。最大轉(zhuǎn)矩／電流可以提高電機(jī)運(yùn)行的效率，減小電動(dòng)機(jī)的銅耗，從而優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。 在 cosψ =l的方式運(yùn)行的時(shí)候逆變器的容量得到了最充分的利用，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)為一個(gè)恒定值。 由矢量圖可得 uu sd???tan (3． 12) 根據(jù)定子電壓矢量 us的 d、 q軸分量之間的關(guān)系，可得到在一定轉(zhuǎn)速和電流下得到內(nèi)功率因數(shù)角 φ ixx ixxxeesdqsqdq )(4 )(4a r c s in2200 ? ????? （ ） 結(jié)合定子電壓矢量 us的 d、 q軸分量和電磁轉(zhuǎn)矩 Tem即得到相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem以及所需的 電壓 us。 根據(jù)永磁同步電機(jī)的不同用途，也可以有不同