基于空心杯電機的spwm與svpwm研究
董大為， 楊 墨
（上海大學機電工程與自動化學院，上海200072）
摘要：正弦脈寬調制( spwm)與空間矢量脈寬調制(svpwm)都是目前常用的調制模式，被廣泛應用于各種交流電機的調速系統中。空心杯電機，由于其便捷的控制特性，作為高性能的傳動機構，代表了交流電機的發展方向之一。理論分析兩種調制方法的特點，并通過分析試驗條件，提出在開環變頻的條件下對兩種調制方法進行比較。摹于英飛凌xc164cm完成了軟、硬件試驗平臺的建立，通過對空心杯電機進行變頻調速來比較兩種調制方法。試驗結果表明，采用svpwm可以提高電源的利用效率，有效減小電機的脈振；在穩態時，對于同一種調制方式的線性調制比越大，相電流的幅值越大。
關鍵詞：空心杯電機；變頻調速；線性調制比
中圖分類號：tm 301.2文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(?010)04-0021-05
在交流電機調速系統中，通過采用合適的脈寬調制(pwm)，一方面可以使電機對給定的控制信號作出準確快速的響應，另一方面可以減小電機的轉矩脈動，提高電機的運行穩定性，并且拓寬電機的調速比。目前常用的調制模式有正弦脈寬調制( spwm)和空間矢量脈寬調制(svp—wm)兩種。
空心杯電機從結構￡可以分為有刷和無刷兩類。有刷空心杯電機轉子無鐵心；而無刷空心杯電機，定子采用定子無齒槽結構，這種特殊結構近乎消除齒槽轉矩，使轉矩脈動大為減小。空心杯電機在高精度、寬調速范圍伺服驅動得到越來越廣泛的應用，作為高效率能量轉換裝置，代表了電動杌的發展方向之一。本文所采用的無刷空心杯電機從外特性上來看，可以等效為永磁同步電動機，而其等效的交直軸電感要遠小于常規的永磁電動機。
本文通過理論及試驗條件分析，基于英飛凌xc164cm單片機，建立軟、硬件試驗平臺，通過他控式變頻調速系統對兩種調制的性能進行比較。1spwm與svpwm原理比較
一般pwm是將調制波與載波的波形進行比較，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律變化，從而在效果上和正弦波等效，故要以正弦波為調制波。其原理圖如圖l所示。
在數字系統中，一般按照規則采樣法的原則來實現，如圖2所示。
設置角載波璣的幅值為1，正弦波調制信號為：
則可由圖2中相似三角形得到：
可得取樣時刻spwm的脈沖寬度為：
當m>1時，比較器的輸出處于飽和狀態，此時，輸出的基波分量幅值就不與調制函數(4)的值成比例關系，從而造成波形發生畸變，諧波成分增加。因此，當調制深度為1時，在星形連接的繞組中，相電壓毗可以達到****值，為直流母線電壓的一半udc/2。
定義線性調制比為：
易見，在spwm模式下，****線性調制比為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表示上橋臂關斷，l表示上橋臂導通）在靜止α-β坐標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作最小的順序進行排列，其中u1-u6當于電機的輸入端短路，則其基本矢量關系如圖3所示。
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