【導(dǎo)讀】的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文。中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。交流調(diào)速取代了直流調(diào)速，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制取代了模擬控制己成為發(fā)展。利用率高，輸出諧波少，控制方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

　　

【正文】 RsLmus dur dp φr dp φs dRrL1 sL1 rωd q sφs qωd q rφr qis dir d a) d 軸電路 RsLmus qur qp φr qp φs qRrL1 sL1 rωd q sφs dωd q rφr dis qir q b) q 軸電路 圖 異步電動(dòng)機(jī)在 d q 坐標(biāo)系式的動(dòng)態(tài)等效電路 兩相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 在 ? ? 靜止坐標(biāo)系式的數(shù)學(xué)模型是任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型當(dāng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)速等于零時(shí)的特例。 當(dāng) 0dqs? ? 時(shí)， dqr???? ，即轉(zhuǎn)子角速度的負(fù)值。將下角標(biāo) dq 改成 ?? ，則式湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文 22 （ ）的電壓矩陣方程變成： ??????????????????????????????????????????????????????? rrssrrrmrrrmmmssmmssrrssiiiipLRLpLLpLRpLpLLpLRLpLpLRuuuu 0000 （ ） 而式（ ）的磁鏈方程改為： ?????????????????????????????????????????????????????rrssrmrmmsmsrrssiiiiLLLLLLLL00000000 （ ） 利用兩相旋轉(zhuǎn)變換矩陣 RSC 2/2 ，可得： ????????????????c o ss ins inc o sc o ss ins inc o srrrqrrrdsssqsssdiiiiiiiiiiii?????????? （ ） 代入式（ ）并整理后得到 ? ? 坐標(biāo)系式的電磁轉(zhuǎn)矩： )( ???? rsrsmpe iiiiLnT ?? （ ） 式（ ） ~（ ）加上運(yùn)動(dòng)方程便成為 ? ? 坐標(biāo)系式的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型。 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù) 學(xué)模型 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系其坐標(biāo)軸仍用 d q表示，只是坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)速度 dqs? 等于定子頻率的同步角速度 1? ，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 ? ，因此 d q軸相對(duì)于轉(zhuǎn)子的角速度sdqr ???? ??? 1 ，即轉(zhuǎn)差。代入式（ ）即得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓方程 ?????????????????????????????????????????????rqrdsqsdrrrsrsrrmmsmsmmmmmssssssrqrdsqsdiiiipLRLLpLRpLLLpLpLLLpLpLRLLpLRuuuu????????1111 （ ） 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文 23 磁鏈方程，轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程均不變。 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的特點(diǎn)是，當(dāng)三相 A B C坐標(biāo)系中的電壓和電流是交流正弦波時(shí)，變換到 d q坐標(biāo)系上就是直流。 按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（磁通）定向的數(shù)學(xué)模型 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向即是按轉(zhuǎn)子全磁鏈?zhǔn)噶?r? 方向進(jìn)行定向，也就是將 M 軸取向于r? 的方向，如圖 所示： Is( Fs)Tα ( A )MOβis mis tus mus tφrθsφsωs 圖 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向 1 、電壓方程 從圖 可以看出，由于 M 軸取向于轉(zhuǎn)子全磁鏈 r? 軸， T 軸垂直與 M 軸，因而使得 r? 在 T 軸式的分量為零，表明了轉(zhuǎn)子全磁鏈 r? 唯一的由 M 軸 繞組中的電流所產(chǎn)生，即定子電流矢量 )( ss Fi 在 M 軸上的分量 sMi 式純勵(lì)磁電流分量，在 T 軸上的分量 sTi 是純轉(zhuǎn)矩電流分量。 r? 在 M T 軸系上的分量可用方程表示為 rMrsMmrrM iLiL ??? ?? （ ） 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文 24 rTrsTmrT iLiL ??? 0? （ ） 異步電動(dòng)機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓方程為 ?????????????????????????????????????????????rTrMsTsMrrrsrsrrmmsmsmmmmmsssssssTsMiiiipLRLLpLRpLLLpLpLLLpLpLRLLpLRuu????????111100 （ ） 將式（ ）代入（ ）中，則式（ ）中的部分項(xiàng)變?yōu)?0，式（ ）簡(jiǎn)化為 ???????????????????????????????????????????rTrMsTsMrrmmrssrmmssmsmssssTsMiiiipLRpLLLpLRLpLpLRLsLpLLpLRuu000001111?????? （ ） 式（ ）是以轉(zhuǎn)子全磁鏈軸線定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系式的電壓方程，也稱作磁場(chǎng)定向方程式，其約束條件是 0?rT? 。根據(jù)這一電壓方程可以建立矢量控制系統(tǒng)所依據(jù)的控制方程式。 2 、轉(zhuǎn)矩方程 異步電動(dòng)機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)矩方程為： )( rTsMrMsTmpe iiiiLnT ?? （ ） 將式（ ）和（ ）代入到式（ ）中得： sTrrmpe iLLnT ?? （ ） 式（ ）表明，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，如果按照異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，則異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩模型就與直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩模型完全一樣了。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文 25 第三章 電壓空間矢量脈寬調(diào)制 (SVPVM) 經(jīng)典的 SPWM控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。而電流滯環(huán)跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比主要正弦電壓前進(jìn)了一步。然而交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三相正弦電 流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。如果對(duì)準(zhǔn)這一目標(biāo)，把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)控制逆變器的工作，其效果應(yīng)該更好。這種控制方法稱作磁鏈跟蹤技術(shù)，又稱電壓空間矢量 PWM（ SVPWM）技術(shù)。本節(jié)將從傳統(tǒng)的磁鏈跟蹤角度來(lái)分析 SVPWM技術(shù)的基本原理。 電壓空間矢量的基本原理 SVPWM 以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的理想圓形磁鏈軌跡為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)磁鏈圓，從而達(dá)到較高控制性能。 定子電壓方程 : ()( ) ( ) dtU t R I t dt??? （ ） 當(dāng)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻 Rs 的壓降相對(duì)較小，上式可簡(jiǎn)化為： ()() dtUt dt?? （ ） 或 ( ) ( )t U t dt? ?? （ ） 這表明合成電壓矢量 u 的方向與磁鏈錢(qián)的運(yùn)動(dòng)方向一致，當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運(yùn)動(dòng) 2 二弧度，其運(yùn)動(dòng)軌跡與磁鏈圓重合。 SVPWM 應(yīng)用的典型電路 :三相全控橋式變換器接三相平衡負(fù)載如圖 31所示，其中三相平衡負(fù)載既可以是有源的又可以是無(wú)源的。利用這種逆變器功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和順序組合，以及開(kāi)關(guān)時(shí)間的調(diào)整，以保 證電壓空間矢量圓形運(yùn)行軌跡為目標(biāo)，就可以產(chǎn)生諧波較少的、且直流電源電壓利用率較高的輸出。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文 26 圖中 VTI~6 是 6 個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，逆變器上下橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)互為補(bǔ)充，如果用 1和 0 來(lái)表示開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，那么逆變器的工作狀態(tài)共有 8 種，分別對(duì)應(yīng) 8個(gè)電壓矢量，其中，有 6 個(gè)有效電壓空間矢量， U1(001)、 U2(010)、 U3(011)、 U4(100)、U5(101)、 U6(110)， 2 個(gè)零矢量 U0(000)和 U7(111)，基本矢量模長(zhǎng)等于 2UDC/3。 圖 31 SVPWM 典型電路 電壓空間矢量的實(shí)現(xiàn) 電壓空間矢量的合成 8 個(gè)電壓矢量的定義如圖 32 所示。圖中某一時(shí)刻合成參考矢量百可落到某個(gè)扇區(qū)，就由該扇區(qū)的兩個(gè)相鄰電壓矢量分別作用一定的時(shí)間進(jìn)行合成得到。為了補(bǔ)償參考矢量的旋轉(zhuǎn)頻率，需要插入零矢量。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文 27 BACU5U4U6U3U2αβU1Ur e f 圖 32 電壓空間基本矢量圖 SVPWM 的實(shí)質(zhì)是用圖 32 所示的 8 個(gè)電壓空間矢量作用時(shí)間的線性組合的作用效果來(lái)逼近參考電壓在一個(gè) PWM 周期內(nèi)的作用效果。在實(shí)際應(yīng)用中 有許多種不同的 SVPWM 方法。這其中最為常用的是三段逼近式均分零矢量 SVPWM，在相同的開(kāi)關(guān)頻率下，這種 SVPWM 的開(kāi)關(guān)損耗和輸出電壓的諧波分量少。 TI 公司的 DSP 程序庫(kù)中的軟件 SVPWM 生成方法就是采用這種 SVPWM 技術(shù)。其基本原理如圖 33 所示。 βαθ6 0。44P W MT UT66P W MT UTU1 aU4Ur e fU1 βU6 圖 33 三段逼近式均分零壓 SVPWM 示意圖 電壓空間矢量所在扇區(qū)的判斷 (l)確定矢量認(rèn)可所在扇區(qū) 控制過(guò) 程中電壓空間矢量一般是以正交坐標(biāo)中分量形式給出： 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文 28 a refvU?? ( 3 ) / 2b r e f r e fv U U???? ( 3 ) / 2c r e f r e fv U U??? ? ? 1)如果 vα0，則 A=l，否則 A=0。 2)如果 vα0，則 B=1，否則 B=0。 3)如果 vα0，則 C=1，否則 C=0。 則扇區(qū)號(hào) N=A+2B+4C。 (2)相鄰兩矢量作用時(shí)間的確定。如果分別用 T T2 表示不同矢量的作用時(shí)間 到不同的扇區(qū)， T T2 的計(jì)算可以歸納為下面 3 個(gè)值的計(jì)算 : ? ?? ?33 2 3 23 2 3 2r e f d cr e f r e f d cr e f r e f d cX U T UY U U T UZ U U T U?????? ??? ????? ???