雙三相感應電動機svpwm系統的研究

    謝芳芳¹，鄭劍²

(1湖南工業職業技術學院，湖南長沙410208；2湖南機電職業技術學院，湖南長沙410151)

摘要：電壓源型逆變器供電的雙三相感應電動機有64個電壓空間矢量．選擇d、q子空間12個****矢量進行合成，得到12個中間矢量。利用這12個中間矢量，優化設計出一種新型雙三相svpwm系統，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環境下建立該系統的仿真模型，仿真結果驗證了控制策略的有效性。

    關鍵詞：雙三相感應電動機；電壓空間矢量；svpwm；simulink

    中圖分類號：tm346  文獻標識碼：a  文章編號：1004—7018(2010)04—0066—04

0引  言

    雙三相感應電動機的定子繞組由兩套獨立的三相繞組構成，這兩套繞組分別是對稱分布的，但位置互差30。電氣角；轉子是鼠籠型的，可以等效成與定子繞組相同的結構，物理模型如圖1所示。研究表明，在交流調速系統中，采用這種電機可以有效地削弱轉矩脈動、大幅度減小電機的損耗、提高電機的極限容量。目前，雙三相感應電動機及其系統在電動汽車驅動、艦

船電力推進、航空航天等領域的研究與實踐日益增加。

    雙三相感應電動機采用電壓源型逆變器供電時(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制(svpwm)技術。本文設計了一種基于12中間矢量的雙三相感應電動機svpwm系統．并在simulink環境下建立該系統的仿真模型， 進行了仿真實驗研究。

1雙三相感應電動機數學模型

    在滿足理想電機假定的前提下，在以單位陣e為基的六維空間中，雙三相感應電動機的數學模型是一組非線性微分方程。利用坐標變換方陣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)。當變換前后功率不變時，有：

基生成的空間分別稱為d、q子空間、z₁z₂子空間、o₁o₂子空間。這三個子空間分別包含電機實際物理量的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)才產生旋轉磁動勢，從而完成機電能量轉換；高次諧波分量不產生旋轉磁動勢，只在定子繞組中產生諧波電流，引起諧波損耗。

    根據電壓方程、轉矩方程、運動方程，可建立雙三相感應電動機的simulink仿真模型，如圖3所示。圖中u_6_6模塊、i_6_6模塊分別實現矩陣運算：

2雙三相svpwm系統的設計

    雙三相逆變器的64種基本開關狀態對應著64個矢量，利用變換陣t，將其變換到dq,z1z2,o1o2三個子空間，如圖4所示。圖中三個子空間的坐標系均固定在定子上；十進制數所對應的二進制數代表逆變器橋臂的開關狀態，其順序為。abcdef；由于兩套三相繞組是獨立的，因此有60個非零矢量和4個零矢量。

    由圖4可知，面子空間幅值****的12個矢量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子空間會產生最小的諧波電流。本算法選擇d、q子空間幅值****的12個矢量進行優化設計，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，并可實現轉矩和磁鏈的快速控制。

選擇12個****矢量中任意三個毗鄰矢量，可以合成一個新矢量，不妨稱為中間矢量，如圖5所示。若三個毗鄰矢量的作用時間符合一特定比例，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，設總的作用時