基于空心杯電機的SPWM與SVPWM仿真研究
董大為，邵定國，許路，楊墨
(上海大學(xué)，上海200072)
摘要：SPWM與SVPWM是日前常用的調(diào)制模式，被廣泛應(yīng)用于各種交流電機的調(diào)速系統(tǒng)中�？招谋姍C，南于其便捷的控制特性，作為高性能的傳動機構(gòu)，代表了交流電機的發(fā)展方向之一。理論分折了SPWM與SVPWM調(diào)制方法的特點，通過分析實驗條件，基于空心杯電機的實際參數(shù)，在Matlab／simuIink中建立他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，SVPWM相對于SPWM的高電壓利用率一方面表現(xiàn)在其具有更大的線性調(diào)制范圍上，同時表現(xiàn)在相同的線性調(diào)制比下SVPWM比SPWM也能夠有更高的電源利用率；采用SVPWM可以有效減小電機的脈搌；在穩(wěn)態(tài)剛，對于同一種調(diào)制方式的線性調(diào)制比越高，相電流的幅值越大。
關(guān)鍵詞：空心杯電機；SPWM；SVPWM；變頻：線洼調(diào)制比
O引言
在交流電機調(diào)速系統(tǒng)中，通過采用合適的PWM調(diào)制波，一方面可以使電機對于給定的控制信號做出準確快速的響應(yīng)，另一方面，可以減小電機的轉(zhuǎn)矩脈動，提高電機的運行穩(wěn)定性，并且拓寬電機的調(diào)速比[1]。目前常用的調(diào)制波為SPWM和SVPWM。
空心杯電機從結(jié)構(gòu)上可以分為無刷和有刷兩類。無刷空心杯電機，定子采用定子無齒槽結(jié)構(gòu)。這種特殊結(jié)構(gòu)可以消除齒槽轉(zhuǎn)矩；有刷空心杯電機轉(zhuǎn)子無鐵芯�？招谋姍C在高精度、寬調(diào)速范圍伺服驅(qū)動中得到越來越廣泛的應(yīng)用，作為高效率能量轉(zhuǎn)換裝鼉，代表了電動機的發(fā)展方向之一[2]。本文所采用的無刷空心杯電機從外特性上來看，可以等效為永磁同步電動機，而其實際等效的交直軸電感量要遠小于常規(guī)的永磁電動機。
本文通過理論分析和實驗條件分析，基于仿真軟件，在試驗空心杯電機上，通過開環(huán)變頻調(diào)速實驗，對SVPWM和SPWM的性能進行仿真比較。
1 SPWM與SVPWM原理比較
一般PWM調(diào)制是將調(diào)制波與載波的波形進行比較，從而得到的等高而不等寬的脈沖序列。SPWM調(diào)制方式是使脈沖的寬度按照正弦規(guī)律變化，從而在效果上和正弦波等效。即在算法上一開始，就要以正弦波為調(diào)制波。其原理圖如圖1所示。
在數(shù)字系統(tǒng)中，一般按照規(guī)則采樣法的原則來實現(xiàn)，如圖2所示。
當(dāng)M>1時，比較器的輸出就會處于飽和狀態(tài)，此時，輸出的基波分量的幅值就不與調(diào)制函
數(shù)(4)的值成比例的線性關(guān)系，從而造成波形發(fā)生畸變，諧波成分增加。因此，當(dāng)調(diào)制深度為1時，在星形連接的繞組中，相電壓Us�？梢赃_到****值，為直流母線電壓的一半Vdc／2。
其中，r——線性調(diào)制比。
可見在SPWM調(diào)制模式下，****線性調(diào)制比為1。
而SVPWM的基本思想是通過八組三相電壓式逆變橋的基本電壓矢量(000、001、010、011、100、101、110、111，其中O表示上橋臂關(guān)斷，l表示上橋臂導(dǎo)通)在靜止α、β坐標(biāo)系中來合成定子相電壓矢量us。
將八組基本矢量，按照開關(guān)管動作最小的順序進行排列，其中u1至u6表示基本矢量，其模長為Vdc2／3。u0、u7分別表示000與111為零矢量，相當(dāng)于電機的輸入端短路，則其基本矢量關(guān)系如下圖3所示。
并以圖中的定子電壓矢量位置為例來看，根據(jù)伏秒原則，可有：
廣到其余五個區(qū)間。由該結(jié)論可知：
(1)定子相電壓可以達到的區(qū)域為該六組基本矢量所構(gòu)成的六邊形的內(nèi)切圓，如圖4所示；
(3)對照公式(5)的定義，與SPWM相比，SVPWM的線性 |
