【正文】 不含脈動(dòng)分量。因此，若能對(duì)電流實(shí)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(fù)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(jìn)行比較，電流偏差 ?ia 超過時(shí) ?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(dòng)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(shí)，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(dòng)上橋臂功率開關(guān)器件 V1導(dǎo)通，變壓變頻器輸出正電壓，使增大。當(dāng)增長到與相等時(shí)，雖然，但 HBC仍保持正電平輸出，保持導(dǎo)通，使繼續(xù)增大 ? 直到達(dá)到 ia = i*a + h ， ?ia = –h ，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負(fù)電平，關(guān)斷 V1 ，并經(jīng)延時(shí)后驅(qū)動(dòng) V4 但此時(shí)未必能夠?qū)?，由於電機(jī)繞組的電感作用，電流不會(huì)反向，而是通過二極管續(xù)流，使受到反向鉗位而不能導(dǎo)通。此后，逐漸減小，直到時(shí)，到達(dá)滯環(huán)偏差的下限值，使 HBC 再翻轉(zhuǎn)，又重復(fù)使導(dǎo)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(shí)的電流波形 圖 623給出了在給定正弦波電流半個(gè)周期內(nèi)的輸出電流波形和相應(yīng)的相電壓波形?？梢钥闯?，在半個(gè)周期內(nèi)圍繞正弦波作脈動(dòng)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(jī)的反電動(dòng)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(yīng)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(shí)還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，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(duì)矛盾的因素，實(shí)用中，應(yīng)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(yīng)快 ，且易于實(shí)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(jī)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(gè)缺點(diǎn) ， 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(duì)電流波形都會(huì)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(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，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)磁場來控制逆變器的工作，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(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化的，分析時(shí)常用時(shí)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(shí)間按正弦規(guī)律脈動(dòng)，時(shí)間相位互相錯(cuò)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(gè)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(dāng)電源頻率不變時(shí)，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(dāng)某一相電壓為最大值時(shí)，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(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻壓降在式（ 640）中所占的成分很小，可忽略不計(jì)，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(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動(dòng)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(dāng)磁鏈幅值一定時(shí)，的大小與（或供電電壓頻率）成正比，其方向則與磁鏈?zhǔn)噶空?，即磁鏈圓的切線方向， ? 磁場軌跡與電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系 如圖所示，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?弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。 這樣，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡問題 。 圖 626 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡 在常規(guī)的 PWM 變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)由六拍階梯波逆變器供電，這時(shí)的電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖繪出，圖 627中六個(gè)功率開關(guān)器件都用開關(guān)符號(hào)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(dòng)機(jī)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(dǎo)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?yàn)槟孀兤鬟@時(shí)并沒有輸出電壓）： ?上橋臂開關(guān) VT VT VT5 全部 導(dǎo)通 ?下 橋臂開關(guān) VT VT VT6 全部導(dǎo)通 開關(guān)狀態(tài)表 序號(hào) 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(duì)于六拍階梯波的逆變器，在其輸出的每個(gè)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(shí)刻就切換一次工作狀態(tài)（即換相），而在這 ?/3 時(shí)刻內(nèi)則保持不變。 （ a）開關(guān)模式分析 ? 設(shè)工作周期從 100狀態(tài)開始，這時(shí)VT VT VT2導(dǎo)通，其等效電路如圖所示。各相對(duì)直流電源中點(diǎn)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(shí)間為?/3，在這段時(shí)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(shí)間也是 ?/3 。 u2 uAO’ uCO’ uBO’ A B C （ d）每個(gè)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(gè)周期結(jié)束。 這樣，在一個(gè)周期中 6 個(gè)電壓空間矢量共轉(zhuǎn)過 2? 弧度，形成一個(gè)封閉的正六邊形，如圖所示。 （ 2）定子磁鏈?zhǔn)噶慷它c(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 ? 電壓空間矢量與磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系 一個(gè)由電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)所形成的正六邊形軌跡也可以看作是異步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈?zhǔn)噶慷它c(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)于這個(gè)關(guān)系，進(jìn)一步說明如下： 圖 629 六拍逆變器供電時(shí)電動(dòng)機(jī)電壓空間矢量與磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系 設(shè)在逆變器工作開始時(shí)定子磁鏈空間矢量為?1，在第一個(gè) ?/3 期間，電動(dòng)機(jī)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(duì)應(yīng)的時(shí)間 ?t 內(nèi)，施加 u1的結(jié)果是使定子磁鏈 ?1 產(chǎn)生一個(gè)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(gè)周期內(nèi)， 6個(gè)磁鏈空間矢量呈放射狀，矢量的尾部都在 O點(diǎn)，其 頂端的運(yùn)動(dòng)軌跡也就是 6個(gè)電壓空間矢量所圍成的正六邊形 。