异步电机三角形接法时空间矢量脉宽调制技术分析

    许连丙¹，张爱玲¹，武德祥¹．李天波²

(1  太原理工大学，山西太原030024；2阳城国际发电责任有限公司，山西晋城048102)

摘要：分析了异步电机三角形接法采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术时，基本电压空问矢量的大小与相位，分析结果表明：电机在Y接与△接时，逆变器相旧的开关状态所彤成的电压空间矢量的大小及相位均不相同。在此基础上给出了△接法时扇区的划分及扇区号的确定方法。

    关键词：脉宽调制；开关状态；异步电机

    中图分类号：TM 343文献标志码：A文章编号：1673—6540(2010)064)031—04

0 引  言

    在高性能全数字控制的交流伺服驱动系统中，通常采用数字脉宽调制(Pulse Width Modula—tion，P~XeM)方法来代替传统的模拟PWM．近年来出现的空间矢量脉宽调制(Space Vector PulseWidth Modulation，SVPWM)技术与传统的正弦脉宽调制(Sin—Wave Pulse width Modulation，sPwM)技术相比，在直流电压利用率等方面，其存在着明显的优势，因此在电机控制上得到了广泛应用。例如，存异步电机矢量控制系统中，根据需要计算出所需电压的α、β分量后，再用SVPWM技术确定需要施加的基本电压空间矢量，从而确定逆变器的开关状态。但是，SVPWM技术是对电机的卡目电压进行调制的。分析表明，在异步电机采用Y和△接法两种情况下，逆变器相同的开关状态合成的基本电压空间矢量的大小和相位并不相同，如果不对电机的绕组接法进行判断而采用相同的调制方法，将会导致错误的控制结果。文献[1-5]给出的调制算法均基于电机Y接法，本文分析了△接法情况下，逆变器不同开关状态对应的卒间矢量的幅值和相位，以及扇区的划分方法，并与Y接法的情况进行了对比。

1  电机Y接与△接的空间矢量合成

1．1逆变器的开关状态

    图1是典型的三相电压型桥式逆变电路。图中V1～V6是6个全控型开关器件，同一桥臂的开关器件呈相反的开关状态。设上桥臂导通为l，下桥臂导通为0，则逆变器的工作状态共有8种，分别是000，100，110，010，叭1，001，101，11。其中，000与111使逆变器输出电压为零，称为零矢量，其余6种对应6个基本的电压空间矢量。在绕组采用Y及△接法两种情况下，它们的大小及相位不同，分述如下。

1．2电机绕组Y接法肘的电压空间矢量及扇区划分

    定义三相电压矢量在各自绕组的轴线上如图2所示；6个基本电压空间矢量的幅值和相位如表1所示；相位分布及扇区划分如图3所示。

 表1中：Ua、Ub、Uc分别是A、B、C三相绕组

1．3电机绕组△时的电压空间矢量合成及扇区划分

    图4是绕组△接法时的接线示意图，括号内字母表示绕组尾端。图5表示开关状态为100时空间矢量的合成情况。对应图1中V1、V4、V6导通，V2、V3、V5关断，三相电压Ua、Uc、Ub相对于直流母线的负极分别为Udc-Udc、0，按前述定义，取三相电压空问矢量在三相绕组的轴线上，则合成矢量Us=3Udce.

的相电压(_4Bc坐标系的数值)；Ua、Ub是各开关状态对应的基本电压矢量分解到邸坐标系上的分量；Us为合成的基本电压空间矢量的大小，Us相位表示基本电压空间矢量的相位。

    图6表示的是开关状态为1 10时空间矢量的大小与相位。按照同样的方法可得其他空间矢量的大小及相位(见表2和图7)。对比图3、7及表1、2可见，两种接法时6个基本电压空问矢量的相位不同，△接法比Y接法时合成的空问矢量相位滞后n／6(逆时针为正方向)，并前者幅值是

2  △接法扇区划分及扇区号确定

    sVPwM控制中需要选用相邻的电压空间矢量合成所需要的输出电压矢量，并使其端点轨迹近似为圆形，从而使形成的磁链轨迹电接近于圆形。因此，首先需要判断所需电压的空间位置，即所处扇区，其次选用对应的基本电压空间矢量。电机Y及△接法两种情况下扇区划分不同，Y接后者的√3倍(ABc坐标)。表2给出了不同开关状态对应的相电压(A日c坐标系)及其合成在αβ坐标系的分量(功率不变)。对比表l、2可见，两种接法对应的相电压也不相同。法时扇区划分的方法不再适用于△接法。△接法时扇区的划分方法如下。

    为计算和判断扇区方便，将ABc坐标系的各量转换到邮αβ相静止坐标系中，取α轴与A相绕组的轴线重合，β轴超前α“轴”／2。选择坐标变换前后的输出功率不变，则变换矩阵为

    各开关状态对应△接法时的相电压(ak坐标)及其基本电压空问矢量在α坐标系的分量

如表2所示。

    确定扇区的方法有两种。

    第一种，当输出电压以α坐标系上的分量形式Ua、Ub给出时，先用式(2)计算B0、B1、B2：

式中：sign(x)是符号函数。如果x>O，sign(x)=l；如果x<0，sign(x)=O。然后，根据P值查表3即可确定扇区号。

    第二种，当输出电压以幅值和相角的形式给出时，可直接根据相角来确定它所在的扇区。在实际系统中使用第一种更方便。

3  三角形接法存在的问题

    sVPwM的实质是基波加三次谐波，当电机的绕组为三角形接法时，其电压中的三次谐波在绕组内部形成通路，造成环流。

    图8、9分别为电机△接法且速度开环空载时的相电流及线电流波形，图10是Y接法且空载时的相电流波形。对比图8～10可见，与Y接法相比，△接法时不论是相电流还是线电流波形都存在着明显的谐波，使得电流波形发生畸变，且相电流比线电流的谐波含量更高。因此，在采用sVPwM方法时，电机绕组****采用Y接法。

4  结  语

    本文从基本电压空间矢量的合成人手，分析了电机三角形接法和星型接法在采用sVPwM时的不同点，对两种接法下基本电压空间矢量的大小和相位做了详细说明，并在此基础上对三角形接法下空间矢量的扇区进行重新划分，给出了扇区号的确定方法。