【正文】 不含脈動分量。因此，若能對電流實行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。 常用的一種電流閉環(huán)控制方法是電流滯環(huán)跟蹤 PWM（ Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM）控制，具有電流滯環(huán)跟蹤 PWM 控制的 PWM 變壓變頻器的 A相控制原理圖示于圖 622。 1. 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制原理 圖 622 電流滯環(huán)跟蹤控制的 A相原理圖 負載 L + i ia ia * V 1 V 4 2 U d 2 U d VD4 VD1 HBC VT1 VT4 圖中，電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為 2h。 將給定電流 i*a 與輸出電流 ia 進行比較，電流偏差 ?ia 超過時 ?h，經(jīng)滯環(huán)控制器 HBC控制逆變器 A相上（或下）橋臂的功率器件動作。 B、 C 二相的原理圖均與此相同。 采用電流滯環(huán)跟蹤控制時，變壓變頻器的電流波形與 PWM電壓波形示于圖 623。 ? 如果， ia i*a ， 且 i*a ia ≥ h，滯環(huán)控制器 HBC輸出正電平，驅(qū)動上橋臂功率開關(guān)器件 V1導通，變壓變頻器輸出正電壓，使增大。當增長到與相等時，雖然，但 HBC仍保持正電平輸出，保持導通，使繼續(xù)增大 ? 直到達到 ia = i*a + h ， ?ia = –h ，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負電平，關(guān)斷 V1 ，并經(jīng)延時后驅(qū)動 V4 但此時未必能夠?qū)ǎ伸峨姍C繞組的電感作用，電流不會反向，而是通過二極管續(xù)流，使受到反向鉗位而不能導通。此后，逐漸減小，直到時，到達滯環(huán)偏差的下限值，使 HBC 再翻轉(zhuǎn)，又重復使導通。這樣，與交替工作，使輸出電流給定值之間的偏差保持在范圍內(nèi)，在正弦波上下作鋸齒狀變化。從圖 623 中可以看到，輸出電流是十分接近正弦波的。 ?滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 O圖6 2 3ti i i *+ ? Ii* ? Ii*圖 623 電流滯環(huán)跟蹤控制時的電流波形 圖 623給出了在給定正弦波電流半個周期內(nèi)的輸出電流波形和相應的相電壓波形?？梢钥闯?，在半個周期內(nèi)圍繞正弦波作脈動變化，不論在的上升段還是下降段，它都是指數(shù)曲線中的一小部分，其變化率與電路參數(shù)和電機的反電動勢有關(guān)。 ?三相電流跟蹤型 PWM逆變電路 圖 624 三相電流跟蹤型 PWM逆變電路 + i U i * U V 4 + i V i * V + i W i * W V 1 V 6 V 3 V 2 V 5 U d U V W VT1 VT4 VT6 VT2 VT3 VT5 ?三相電流跟蹤型 PWM逆變電路輸出波形 圖6 2 5Oti*UOtuABiUi 因此，輸出相電壓波形呈 PWM狀，但與兩側(cè)窄中間寬的 SPWM波相反，兩側(cè)增寬而中間變窄，這說明為了使電流波形跟蹤正弦波，應該調(diào)整一下電壓波形。 電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，同時還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。當環(huán)寬選得較大時，可降低開關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關(guān)頻率增大了。這是一對矛盾的因素，實用中，應在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。 小 結(jié) 電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高 ， 響應快 ，且易于實現(xiàn) 。 但受功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的限制 ， 僅在電機堵轉(zhuǎn)且在給定電流峰值處才發(fā)揮出最高開關(guān)頻率 ， 在其他情況下 ， 器件的允許開關(guān)頻率都未得到充分利用 。 為了克服這個缺點 ， 可以采用具有恒定開關(guān)頻率的電流控制器 ， 或者在局部范圍內(nèi)限制開關(guān)頻率 ， 但這樣對電流波形都會產(chǎn)生影響 。 電壓空間矢量 PWM(SVPWM)控制技術(shù) （或稱磁鏈跟蹤控制技術(shù)） 本節(jié)提要 ? 問題的提出 ? 空間矢量的定義 ? 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 ? 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 ? 電壓空間矢量的線性組合與 SVPWM控制 ? 問題的提出 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，這就比只要求正弦電壓前進了一步。然而交流電動機需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動機空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。 如果對準這一目標，把逆變器和交流電動機視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場來控制逆變器的工作，其效果應該更好。這種控制方法稱作 “ 磁鏈跟蹤控制 ” ，下面的討論將表明， 磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的 ，所以又稱 “ 電壓空間矢量 PWM（ SVPWM， Space Vector PWM）控制 ” 。 1. 空間矢量的定義 交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，分析時常用時間相量來表示，但如果考慮到它們所在繞組的空間位置，也可以如圖所示，定義為空間矢量 uA0， uB0 ， uC0 。 圖 625 電壓空間矢量 ? 電壓空間矢量的相互關(guān)系 ? 定子電壓空間矢量： uA0 、 uB0 、 uC0 的方向始終處于各相繞組的軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律脈動，時間相位互相錯開的角度也是 120176。 。 ? 合成空間矢量： 由三相定子電壓空間矢量相加合成的空間矢量 us 是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，是每相電壓值的3/2倍。 電壓空間矢量的相互關(guān)系（續(xù)） 當電源頻率不變時，合成空間矢量 us 以電源角頻率 ?1 為電氣角速度作恒速旋轉(zhuǎn)。當某一相電壓為最大值時，合成電壓矢量 us 就落在該相的軸線上。用公式表示，則有 C0B0A0s uuuu ???（ 639） 與定子電壓空間矢量相仿，可以定義定子電流和磁鏈的空間矢量 Is 和 Ψs 。 2. 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 三相的電壓平衡方程式相加，即得用合成空間矢量表示的定子電壓方程式為 tRdd ssssΨIu ?? （ 640） 式中 us — 定子三相電壓合成空間矢量； Is — 定子三相電流合成空間矢量； Ψs— 定子三相磁鏈合成空間矢量。 ? 近似關(guān)系 當電動機轉(zhuǎn)速不是很低時，定子電阻壓降在式（ 640）中所占的成分很小，可忽略不計，則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為 tdd ssΨu ? （ 641） ?? tdss uΨ（ 642） 或 ? 磁鏈軌跡 當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈矢量頂端的運動軌跡呈圓形（一般簡稱為磁鏈圓）。這樣的定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示。 tj 1eΨms??Ψ （ 643） 其中 Ψm是磁鏈 Ψs的幅值， ?1為其旋轉(zhuǎn)角速度。 由式（ 641）和式（ 643）可得 )2π(m1m1ms111 ee)e(dd ???? tjtjtj ΨΨjΨt??? ??u （ 644） 上式表明，當磁鏈幅值一定時，的大小與（或供電電壓頻率）成正比，其方向則與磁鏈矢量正交，即磁鏈圓的切線方向， ? 磁場軌跡與電壓空間矢量運動軌跡的關(guān)系 如圖所示，當磁鏈矢量在空間旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運動 2?弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。 這樣，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運動軌跡問題 。 圖 626 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運動軌跡 3. 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 （ 1）電壓空間矢量運動軌跡 在常規(guī)的 PWM 變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動機由六拍階梯波逆變器供電，這時的電壓空間矢量運動軌跡是怎樣的呢？ 為了討論方便起見，再把三相逆變器 異步電動機調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖繪出，圖 627中六個功率開關(guān)器件都用開關(guān)符號代替，可以代表任意一種開關(guān)器件。 ? 主電路原理圖 圖 627 三相逆變器 異步電動機調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖 ? 開關(guān)工作狀態(tài) 如果，圖中的逆變器采用 180176。 導通型，功率開關(guān)器件共有 8種工作狀態(tài)（見附表） ，其中 ? 6 種有效開關(guān)狀態(tài)； ? 2 種無效狀態(tài)（因為逆變器這時并沒有輸出電壓）： ?上橋臂開關(guān) VT VT VT5 全部 導通 ?下 橋臂開關(guān) VT VT VT6 全部導通 開關(guān)狀態(tài)表 序號 開 關(guān) 狀 態(tài) 開關(guān)代碼 1 VT6 V T1 V T2 100 2 V T1 V T2 V T3 1 10 2 V T2 V T3 V T4 010 4 V T3 V T4 V T5 01 1 5 V T4 V T5 V T6 001 6 VT5 VT6 V T1 101 7 VT1 V T3 V T5 111 8 VT2 V T4 V T6 000 ? 開關(guān)控制模式 對于六拍階梯波的逆變器，在其輸出的每個周期中 6 種有效的工作狀態(tài)各出現(xiàn)一次。逆變器每隔 ?/3 時刻就切換一次工作狀態(tài)（即換相），而在這 ?/3 時刻內(nèi)則保持不變。 （ a）開關(guān)模式分析 ? 設工作周期從 100狀態(tài)開始，這時VT VT VT2導通，其等效電路如圖所示。各相對直流電源中點的電壓都是幅值為 UAO’ = Ud / 2 UBO’ = UCO’ = Ud /2 O + iC U d iA iB id VT1 VT6 VT2 （ b）工作狀態(tài) 100的合成電壓空間矢量 ? 由圖可知，三相的合成空間矢量為 u1，其幅值等于 Ud，方向沿A軸（即 X軸）。 u1 uAO’ uCO’ uBO’ A B C （ c）工作狀態(tài) 110的合成電壓空間矢量 ? u1 存在的時間為?/3，在這段時間以后，工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為110，和上面的分析相似，合成空間矢量變成圖中的 u2 ，它在空間上滯后于u1 的相位為 ?/3 弧度，存在的時間也是 ?/3 。 u2 uAO’ uCO’ uBO’ A B C （ d）每個周期的六邊形合成電壓空間矢量 u1 u2 u3 u4 u5 u6 u7 u8 依此類推，隨著逆變器工作狀態(tài)的切換，電壓空間矢量的幅值不變，而相位每次旋轉(zhuǎn) ?/3 ，直到一個周期結(jié)束。 這樣，在一個周期中 6 個電壓空間矢量共轉(zhuǎn)過 2? 弧度，形成一個封閉的正六邊形，如圖所示。 （ 2）定子磁鏈矢量端點的運動軌跡 ? 電壓空間矢量與磁鏈矢量的關(guān)系 一個由電壓空間矢量運動所形成的正六邊形軌跡也可以看作是異步電動機定子磁鏈矢量端點的運動軌跡。對于這個關(guān)系，進一步說明如下： 圖 629 六拍逆變器供電時電動機電壓空間矢量與磁鏈矢量的關(guān)系 設在逆變器工作開始時定子磁鏈空間矢量為?1，在第一個 ?/3 期間，電動機上施加的電壓空間矢量為圖 628d中的 u1 ，把它們再畫在圖 629中。按照式（ 641）可以寫成 也就是說，在 ?/3 所對應的時間 ?t 內(nèi)，施加 u1的結(jié)果是使定子磁鏈 ?1 產(chǎn)生一個增量 ??， 其幅值 |u1| 與成正比，方向與 u1一致，最后得到圖 629所示的新的磁鏈，而 11 Ψu ??? t（ 645） 112 ??? ???（ 646） 依此類推，可以寫成 ?? 的通式 ii Ψu ??? tii1i ??? ????（ 647） 6,2,1 ???i（ 648） 總之，在一個周期內(nèi)， 6個磁鏈空間矢量呈放射狀，矢量的尾部都在 O點，其 頂端的運動軌跡也就是 6個電壓空間矢量所圍成的正六邊形 。