基于零序平衡矢量的六相感应电动机SVPWM策略研究

　　0　引言

　　六相感应电机又被称为双三相电机,有两套完整三相绕组,在空间上相差30°电角度,并具有独立中性线,主要用于大功率电机拖动系统中,以提高系统的稳定性和效率[1]。

　　三相PWM技术可以推广到六相电机的控制中,例如采用电流滞环跟踪PWM技术,或者将六相系统看成两组三相系统而分别采用成熟的三相SPWM技术等[2-4]。SVPWM技术与前两者相比,具有更好的控制性能和更高的直流侧电压利用率,因而被广泛应用于三相电机变频控制系统中。但是,对于六相逆变器而言,由于其空间电压矢量数目众多,采用SVP-WM控制时,电压矢量的选择和作用时间的计算变得非常复杂。最简单的方法是将传统的SVPWM技术直接推广到六相电压源逆变器控制中,采用d-q平面中最大的两个非零矢量和零矢量合成参考矢量[5],以及与上述方法相类似的多级SVPWM方法[6],显然这只能对d-q平面进行伏-秒控制。由于六相感应电机的谐波阻抗仅由定子电阻和漏电感组成,这样将会产生较大的谐波电流,势必会产生额外的定子损耗。文献[7]从空间矢量解耦的角度出发,选择四个邻近的电压矢量,使得在每个采样周期中,z1-z2平面上的平均电压为零,这种方法是目前理论上较理想的方法,但需要解复杂的方程组。

　　作者针对传统空间矢量调制技术定子电流谐波不可控的缺陷,以六相感应电机为对象,提出了一种基于零序平衡矢量的SVPWM算法,并具体给出了一种大矢量平衡实现方式,通过仿真和实验验证了该策略的可行性。

　　1　六相感应电机的矢量空间解耦变换

　　一般而言, m相电机定子绕组中可以流过m个相互独立的电流,所以m相感应电机可以认为是一个m维的系统,对于m维电机的建模和控制应该从m维空间的角度考虑。而通过矢量空间的解耦变换,可以将一个m维空间分解成[(m+1) /2]个相互垂直的谐波子空间[7-8]。即对于六相电机而言,可以将六维空间分解成三个相互垂直的谐波子空间。

　　若六相对称绕组由对称正弦供电,则电机的实际物理量可以用如下一个六维时变向量X(ωt)来表示:

　　式中:ω是正弦量的角频率;θ是相邻相绕组在空间上的夹角,θ=30°。

　　若六相对称绕组由对称非正弦供电,非正弦波通过傅里叶级数可分解成基波和一系列高次谐波项。因此电机的实际物理量可以用如下一种形式的m维时变向量sh(ωt)来表示:

　　其中, h=1,2,3,…是谐波次数。

　　若m相绕组由PWM型逆变器供电,则PWM波的傅里叶级数展开式中可以只含奇次谐波项,不含偶次谐波项。可以推导当h=1,3,5时向量两两正交,因此可以用这三个向量s1、s3、s5在ωt=0和ωt=π/2时形成3个子空间。即