双三相感应电动机svpwm系统的研究

    谢芳芳¹，郑剑²

(1湖南工业职业技术学院，湖南长沙410208；2湖南机电职业技术学院，湖南长沙410151)

摘要：电压源型逆变器供电的双三相感应电动机有64个电压空间矢量．选择d、q子空间12个****矢量进行合成，得到12个中间矢量。利用这12个中间矢量，优化设计出一种新型双三相svpwm系统，使z₁z₂，o₁o₂ 子空间的定子谐波电流小，从而有效控制定子损耗。在simulink环境下建立该系统的仿真模型，仿真结果验证了控制策略的有效性。

    关键词：双三相感应电动机；电压空间矢量；svpwm；simulink

    中图分类号：tm346  文献标识码：a  文章编号：1004—7018(2010)04—0066—04

0引  言

    双三相感应电动机的定子绕组由两套独立的三相绕组构成，这两套绕组分别是对称分布的，但位置互差30。电气角；转子是鼠笼型的，可以等效成与定子绕组相同的结构，物理模型如图1所示。研究表明，在交流调速系统中，采用这种电机可以有效地削弱转矩脉动、大幅度减小电机的损耗、提高电机的极限容量。目前，双三相感应电动机及其系统在电动汽车驱动、舰

船电力推进、航空航天等领域的研究与实践日益增加。

    双三相感应电动机采用电压源型逆变器供电时(如图2所示)，定子电流谐波较大，这是由于定子绕组的阻抗较小。解决这一问题的有效方法是采用空间矢量脉宽调制(svpwm)技术。本文设计了一种基于12中间矢量的双三相感应电动机svpwm系统．并在simulink环境下建立该系统的仿真模型， 进行了仿真实验研究。

1双三相感应电动机数学模型

    在满足理想电机假定的前提下，在以单位阵e为基的六维空间中，双三相感应电动机的数学模型是一组非线性微分方程。利用坐标变换方阵t，可将其变换为一组线性微分方程(在以t为基的六维空间中)。当变换前后功率不变时，有：

基生成的空间分别称为d、q子空间、z₁z₂子空间、o₁o₂子空间。这三个子空间分别包含电机实际物理量的6k±1、6k±5、6k±3(a=0，1，2，…)次谐波分量。只有一次谐波分量(即基波)才产生旋转磁动势，从而完成机电能量转换；高次谐波分量不产生旋转磁动势，只在定子绕组中产生谐波电流，引起谐波损耗。

    根据电压方程、转矩方程、运动方程，可建立双三相感应电动机的simulink仿真模型，如图3所示。图中u_6_6模块、i_6_6模块分别实现矩阵运算：

2双三相svpwm系统的设计

    双三相逆变器的64种基本开关状态对应着64个矢量，利用变换阵t，将其变换到dq,z1z2,o1o2三个子空间，如图4所示。图中三个子空间的坐标系均固定在定子上；十进制数所对应的二进制数代表逆变器桥臂的开关状态，其顺序为。abcdef；由于两套三相绕组是独立的，因此有60个非零矢量和4个零矢量。

    由图4可知，面子空间幅值****的12个矢量48、56、60、28、12、14、15、7、3、35、51、49，在z1z2和

o1o2子空间上幅值却最小，因此在z1z2和o1o2子空间会产生最小的谐波电流。本算法选择d、q子空间幅值****的12个矢量进行优化设计，一方面可使z1z2,o1o2子空间的谐波电流小，从而有效控制定子损耗；另一方面，****矢量可获得高的电压利用率，并可实现转矩和磁链的快速控制。

选择12个****矢量中任意三个毗邻矢量，可以合成一个新矢量，不妨称为中间矢量，如图5所示。若三个毗邻矢量的作用时间符合一特定比例，则可使中间矢量在z1z2子空间的平均电压为零。譬如选择毗邻矢量49、48、56，设总的作用时