电压空间矢量基本概述

    如前所述，SPWM控制的着眼点是使逆变器输出电压的基波尽量接近正弦波；另一种电流跟踪SPWM控制则直接着眼于输出电流是否按正弦变化。但异步电动机需要输入三相正弦电流的最终目的还是在空间产生圆形磁场，从而产生恒定的电磁转矩。如果对准这一目标，把逆变器和异步电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM，其效果一定会更好。这样的控制方法称为“磁场跟踪控制”或称“电压空间矢量控制”。由于高性能变频器之一的直接转矩控制变频器的PWM逆变器就是用电压空间矢量进行控制，因此本节用较多篇幅阐述该方法的要点。

    图6-13    电压空间矢量

    所谓电压空间矢量即是按照电压所加绕组的空间位置来定义的。在图6-13中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°，三相定子相电压uAO、uBO、uCO分别加在三相绕组上。这样，可以定义三个电压空间矢量uAO、uBO、uCO，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随正弦规律作脉动式变化，时间相位互差120°。和电机的旋转磁场一样，二相电压空间矢量相加的合成空间矢量u1是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的3/2倍；且以电源角频率ω1作恒速旋转，哪一相电压为最大值时，合成电压矢量u1就落在该相的轴线上。

   u1 = uAO+uBO+uCO    (6-7)

    用合成空间矢量表示的定子电压方程式为

   u1 = R1I1+dψ1/dt    (6-8)

式中，I1为定子三相电流合成空间矢量；ψ1为定子三相磁链合成空间矢量。

    当转速较高，定子电阻压降可忽略不计，则下面近似关系成立：

   u1≈dψ1/dt    (6-9)

或

    ψ1≈∫u1dt    (6-10)

式6-9表明u1的大小等于ψ1的变化率，方向则和ψ1一致。

    这样，在由三相正弦电压供电时，定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转。磁链顶端的运动轨迹为圆，如图6-14所示。如果磁链ψ1的轨迹是圆，ψ1的变化率就可用圆的切线u1表示。

    图6-14    u1和ψ1的关系