雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)svpwm系統(tǒng)的研究

    謝芳芳¹，鄭劍²

(1湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410208；2湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410151)

摘要：電壓源型逆變器供電的雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)有64個(gè)電壓空間矢量．選擇d、q子空間12個(gè)****矢量進(jìn)行合成，得到12個(gè)中間矢量。利用這12個(gè)中間矢量，優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種新型雙三相svpwm系統(tǒng)，使z₁z₂，o₁o₂ 子空間的定子諧波電流小，從而有效控制定子損耗。在simulink環(huán)境下建立該系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制策略的有效性。

    關(guān)鍵詞：雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；電壓空間矢量；svpwm；simulink

    中圖分類號(hào)：tm346  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a  文章編號(hào)：1004—7018(2010)04—0066—04

0引  言

    雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組由兩套獨(dú)立的三相繞組構(gòu)成，這兩套繞組分別是對(duì)稱分布的，但位置互差30。電氣角；轉(zhuǎn)子是鼠籠型的，可以等效成與定子繞組相同的結(jié)構(gòu)，物理模型如圖1所示。研究表明，在交流調(diào)速系統(tǒng)中，采用這種電機(jī)可以有效地削弱轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、大幅度減小電機(jī)的損耗、提高電機(jī)的極限容量。目前，雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及其系統(tǒng)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)、艦

船電力推進(jìn)、航空航天等領(lǐng)域的研究與實(shí)踐日益增加。

    雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用電壓源型逆變器供電時(shí)(如圖2所示)，定子電流諧波較大，這是由于定子繞組的阻抗較小。解決這一問題的有效方法是采用空間矢量脈寬調(diào)制(svpwm)技術(shù)。本文設(shè)計(jì)了一種基于12中間矢量的雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)svpwm系統(tǒng)．并在simulink環(huán)境下建立該系統(tǒng)的仿真模型， 進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究。

1雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型

    在滿足理想電機(jī)假定的前提下，在以單位陣e為基的六維空間中，雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一組非線性微分方程。利用坐標(biāo)變換方陣t，可將其變換為一組線性微分方程(在以t為基的六維空間中)。當(dāng)變換前后功率不變時(shí)，有：

基生成的空間分別稱為d、q子空間、z₁z₂子空間、o₁o₂子空間。這三個(gè)子空間分別包含電機(jī)實(shí)際物理量的6k±1、6k±5、6k±3(a=0，1，2，…)次諧波分量。只有一次諧波分量(即基波)才產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，從而完成機(jī)電能量轉(zhuǎn)換；高次諧波分量不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，只在定子繞組中產(chǎn)生諧波電流，引起諧波損耗。

    根據(jù)電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程、運(yùn)動(dòng)方程，可建立雙三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的simulink仿真模型，如圖3所示。圖中u_6_6模塊、i_6_6模塊分別實(shí)現(xiàn)矩陣運(yùn)算：

2雙三相svpwm系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    雙三相逆變器的64種基本開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)著64個(gè)矢量，利用變換陣t，將其變換到dq,z1z2,o1o2三個(gè)子空間，如圖4所示。圖中三個(gè)子空間的坐標(biāo)系均固定在定子上；十進(jìn)制數(shù)所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)代表逆變器橋臂的開關(guān)狀態(tài)，其順序?yàn)椤�abcdef；由于兩套三相繞組是獨(dú)立的，因此有60個(gè)非零矢量和4個(gè)零矢量。

    由圖4可知，面子空間幅值****的12個(gè)矢量48、56、60、28、12、14、15、7、3、35、51、49，在z1z2和

o1o2子空間上幅值卻最小，因此在z1z2和o1o2子空間會(huì)產(chǎn)生最小的諧波電流。本算法選擇d、q子空間幅值****的12個(gè)矢量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面可使z1z2,o1o2子空間的諧波電流小，從而有效控制定子損耗；另一方面，****矢量可獲得高的電壓利用率，并可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的快速控制。

選擇12個(gè)****矢量中任意三個(gè)毗鄰矢量，可以合成一個(gè)新矢量，不妨稱為中間矢量，如圖5所示。若三個(gè)毗鄰矢量的作用時(shí)間符合一特定比例，則可使中間矢量在z1z2子空間的平均電壓為零。譬如選擇毗鄰矢量49、48、56，設(shè)總的作用時(shí)