基于空心杯電機(jī)的spwm與svpwm研究
董大為， 楊 墨
（上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海200072）
摘要：正弦脈寬調(diào)制( spwm)與空間矢量脈寬調(diào)制(svpwm)都是目前常用的調(diào)制模式，被廣泛應(yīng)用于各種交流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中�？招谋姍C(jī)，由于其便捷的控制特性，作為高性能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，代表了交流電機(jī)的發(fā)展方向之一。理論分析兩種調(diào)制方法的特點(diǎn)，并通過分析試驗(yàn)條件，提出在開環(huán)變頻的條件下對(duì)兩種調(diào)制方法進(jìn)行比較。摹于英飛凌xc164cm完成了軟、硬件試驗(yàn)平臺(tái)的建立，通過對(duì)空心杯電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速來比較兩種調(diào)制方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用svpwm可以提高電源的利用效率，有效減小電機(jī)的脈振；在穩(wěn)態(tài)時(shí)，對(duì)于同一種調(diào)制方式的線性調(diào)制比越大，相電流的幅值越大。
關(guān)鍵詞：空心杯電機(jī)；變頻調(diào)速；線性調(diào)制比
中圖分類號(hào)：tm 301.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1673-6540(?010)04-0021-05
在交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，通過采用合適的脈寬調(diào)制(pwm)，一方面可以使電機(jī)對(duì)給定的控制信號(hào)作出準(zhǔn)確快速的響應(yīng)，另一方面可以減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，并且拓寬電機(jī)的調(diào)速比。目前常用的調(diào)制模式有正弦脈寬調(diào)制( spwm)和空間矢量脈寬調(diào)制(svp—wm)兩種。
空心杯電機(jī)從結(jié)構(gòu)￡可以分為有刷和無刷兩類。有刷空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無鐵心；而無刷空心杯電機(jī)，定子采用定子無齒槽結(jié)構(gòu)，這種特殊結(jié)構(gòu)近乎消除齒槽轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大為減小�？招谋姍C(jī)在高精度、寬調(diào)速范圍伺服驅(qū)動(dòng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，作為高效率能量轉(zhuǎn)換裝置，代表了電動(dòng)杌的發(fā)展方向之一。本文所采用的無刷空心杯電機(jī)從外特性上來看，可以等效為永磁同步電動(dòng)機(jī)，而其等效的交直軸電感要遠(yuǎn)小于常規(guī)的永磁電動(dòng)機(jī)。
本文通過理論及試驗(yàn)條件分析，基于英飛凌xc164cm單片機(jī)，建立軟、硬件試驗(yàn)平臺(tái)，通過他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)兩種調(diào)制的性能進(jìn)行比較。1spwm與svpwm原理比較
一般pwm是將調(diào)制波與載波的波形進(jìn)行比較，從而得到等高而不等寬的脈沖序列。spwm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，故要以正弦波為調(diào)制波。其原理圖如圖l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(shí)現(xiàn)，如圖2所示。
設(shè)置角載波璣的幅值為1，正弦波調(diào)制信號(hào)為：
則可由圖2中相似三角形得到：
可得取樣時(shí)刻spwm的脈沖寬度為：
當(dāng)m>1時(shí)，比較器的輸出處于飽和狀態(tài)，此時(shí)，輸出的基波分量幅值就不與調(diào)制函數(shù)(4)的值成比例關(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(shí)，在星形連接的繞組中，相電壓毗可以達(dá)到****值，為直流母線電壓的一半udc/2。
定義線性調(diào)制比為：
易見，在spwm模式下，****線性調(diào)制比為1。
svpwm的基本思想，是通過8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0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。
將8組基本矢量按照開美管動(dòng)作最小的順序進(jìn)行排列，其中u1-u6當(dāng)于電機(jī)的輸入端短路，則其基本矢量關(guān)系如圖3所示。
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