0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

什么是空间矢量呢?为啥不能将电流看作空间矢量呢?

冬至子 来源:土人很土 作者:土人很土 2023-07-10 17:08 次阅读

1,空间矢量

什么是空间矢量呢?

定义:在电机内,可将在空间按正弦分布的量表示为空间矢量。

1.1定子磁动势空间矢量

啥叫磁动势?
1.jpg

我们知道磁通是有方向的,那么磁动势当然也是有方向的。这应该没毛病吧。

那么定子产生的磁场方向如何呢?

如下图,给绕组通电,根据右手定则 会产生如图所示磁场。

图片

Fig 1 电流产生磁场

推而广之,如下图:

图片

Fig2 电流产生磁场(盗用一张图,如有侵权,请联系我删除)

由Fig2可知,可将通入交变电流的定子绕组等效为一个个小磁铁。这些磁铁的磁场方向当然是非常明确的,那么在某个瞬间其合成磁场也应该是明确的。按一定顺序使定子绕组导通,便产生了沿圆周方向不断运动的定子合成磁场,从而拖动永磁体转子沿一个方向不断运动(异性相吸原理)。

当我们按照上图这样想的时候,其实磁动势空间矢量的概念呼之欲出啊。而磁动势为什么沿空间正弦分布呢?可以简单地归结为,和电机设计内容相关(比如定子绕组的分布方式等)。

所有绕组,最终可以简化为,位于a,b,c三相轴线上的三个线圈,通入电流后,会产生与实际相绕组等同的磁动势。如下图,图中ia/ib/ic为各相电流的正方向。

图片

Fig3 等效绕组形式

可知,a/b/c三相各自产生的磁动势空间矢量和各相轴线方向平行(根据电流方向取与轴线方向相同或者相反)。

为了助于理解,放一张磁链空间矢量动图:

图片

Fig4 磁链空间矢量

由上图可见,a/b/c各相产生的磁链在该相轴线处脉动;图中紫色曲线为合成磁链空间矢量,可知其在空间按正弦分布,且沿圆周旋转(旋转磁场,转一周,即可获得理想磁链圆)。

是不是证明了这么一句话:在电机气隙内,定子磁场按正弦分布。

1.2 电流空间矢量

1.jpg

1.jpg

Fig 5 电流空间矢量

其中:

1.jpg

上述公式组中的第二个cos很好理解,表征通入的三相正弦电流,大小随时间变化;上述公式组中的第一个cos,可能会让新手有点蒙圈。前面提到了,其实这个cos的根源和定子绕组的处理方式有关(分布绕组/短距绕组可以让绕组合成磁动势更加接近正弦)。

从图上可见,a/b/c三相电流在空间按正弦分布,且在轴线方向来回脉振,但其合成电流空间矢量Is却绕圆周不断旋转。

如果将上图中电流乘以K再除以磁阻呢?就得到Fig 4 中磁链空间矢量。

电流空间矢量概念存在的前提是,必须将之和磁动势空间矢量建立联系。

即电流空间矢量的理解需要依托于磁动势空间矢量,两者之间只差一个系数,方向相同。

你将磁动势作为空间矢量,为啥不能将电流看作空间矢量呢?

1.3 电压空间矢量

如果说电流空间矢量尚有迹可循,那么电压空间矢量真的似无源之水!

其实,仍旧规定,各相 电压空间矢量方向与绕组轴线方向平行

还记得大明湖畔的夏雨荷吗? 啊不,还记得理想磁链圆不?

既然是磁链圆,说明磁场方向会发生变化。什么导致磁链改变方向呢?因为电压的作用啊。

图片

Fig 6 电压积分改变磁链方向

对于定子绕组来说,满足:

1.jpg

即,电压积分导致磁链变化。

如下图,合成电压空间矢量超前合成磁动势空间矢量90度,拉着磁链沿磁链圆运动。那么控制产生理想磁链圆的关键就是选择合适的电压空间矢量了。

图片

Fig 7 电压空间矢量改变磁链空间矢量

那么好了,前面定义说,三相电流空间矢量/三相磁动势空间矢量/三相电压空间矢量均位于绕组轴线方向(或者相反方向),你上面又说合成电压空间矢量相位超前磁链90度(理想情况下)。这该如何理解呢?

由于电压和电流本身存在时间上的相位差(理想情况,忽略电阻,电压相位超前电流相位90度,而电流和磁动势同相位),导致合成电压空间矢量与合成磁动势空间矢量在空间上存在相位差。

如下动图:

图片

Fig 8 时间相位差反映在空间相位差

由上图可知,紫色的虚线相位超前紫色的实线!这就是电机旋转的原因啊

电压空间矢量存在的前提是,仍旧需要将其和磁动势空间矢量概念联系起来。

1.jpg

推理过程见下图:

图片

Fig 9 空间矢量电压公式推导

于是,你发现Uout的幅值是Ua/Ub/Uc三相电压幅值的1.5倍。

那么空间矢量Uout在a/b/c 三轴线上的投影为多少呢?

你会发现:

1.jpg

而三相相电压合成矢量如何表示呢?

如下图,三相相电压合成电压矢量的所有情况均被限制在正六边形内部,即从正六边形中心O点出发,终点落在正六边形边界上的一系列矢量(图中只画出了第一个扇区的部分矢量)。

图片

Fig 11 合成空间矢量

为什么最大的矢量是Udc呢?

我们知道,6个功率开关可以由8个最基本的电压矢量组合,其中6个非零的电压矢量组合即对应图中的6个Udc。

以a相上管导通,b,c相下管导通为例,如下图:

图片

Fig 12 电压合成矢量

此时合成的空间矢量大小为Ud。最大也只能这么大了。不信你可以试试看~

那么在P点处,三相合成电压矢量大小还能到Ud吗?

当然不能,前面已经说了不能超过正六边形边界,不管你用什么过调制方法啊,合成矢量均位于正六边形内部。(注意,这里说的三相合成电压矢量利用了等效的概念,即伏秒原理,如果不这样想,那么某个瞬间,电压矢量只能是8个基本矢量的一种情况了)。

此时应该由相邻的两个电压矢量(比如U1和U2)进行等效合成。假设U1作用时间为T1,U2作用时间为T2,那么P点处,必定满足T1+T2=Ts(Ts为时间步长),当P位于边长中点处时,T1=T2=0.5*Ts,不要问我怎么证明了哈,我已经在图中画出来了。

1.jpg

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 正弦波
    +关注

    关注

    11

    文章

    642

    浏览量

    55372
  • 三相电机
    +关注

    关注

    13

    文章

    295

    浏览量

    21573
  • 相电压
    +关注

    关注

    4

    文章

    69

    浏览量

    14179
  • 磁动势
    +关注

    关注

    0

    文章

    11

    浏览量

    1438
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    空间矢量脉宽调制技术

    数字控制器实现、输出电流波形好且直流侧电压利用率高等优点被广泛应用于两电平电压逆变器的控制中。一、两电平电压型逆变器电压空间矢量当由三相对称的正弦电压供电时,给出的电压矢量为一个幅值与
    发表于 10-29 16:35

    空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿方法

    空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿方法 针对电压源型空间矢量脉宽调制逆变器的死区效应,提出了一种根据电流矢量判断
    发表于 02-22 16:54 38次下载

    基于DSP的空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实现

    根据电机的基本理论,详细分析了空间矢量的基本原理,提出了一种简单的空间矢量脉宽调制(spacevector pulsewidthmodulation,SVPWM
    发表于 03-01 16:34 57次下载

    整流器空间矢量调制算法的比较研究

    整流器空间矢量调制算法的比较研究 摘要:简单介绍了整流器空间矢量PWM
    发表于 07-08 11:00 1123次阅读
    整流器<b class='flag-5'>空间</b><b class='flag-5'>矢量</b>调制算法的比较研究

    电压空间矢量研究及Matlab仿真

    电压空间矢量研究及Matlab仿真   近年来,电机的空间矢量理论被引入到逆变器及其控制中,形成和发展了空间
    发表于 12-21 16:45 2927次阅读
    电压<b class='flag-5'>空间</b><b class='flag-5'>矢量</b>研究及Matlab仿真

    基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究_王妍

    基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究_王妍基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究_王妍
    发表于 01-08 14:18 0次下载

    基于DSP的空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实现

    基于DSP的空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实现。
    发表于 03-18 16:56 3次下载

    空间矢量控制(SVPWM)原理

    空间矢量控制(SVPWM)原理,下来看看
    发表于 03-30 18:24 24次下载

    空间矢量调制的介绍和基本原理资料概述

    空间矢量的过 程。也就是,在整个PWM 周期内改变各相导通时间的分配来形成所需的任意空 间矢量空间矢量调制有三类:电压
    发表于 11-07 08:00 22次下载
    <b class='flag-5'>空间</b><b class='flag-5'>矢量</b>调制的介绍和基本原理资料概述

    空间电压矢量调制SVPWM技术详解

    空间电压矢量调制SVPWM技术详解
    发表于 11-22 16:03 8次下载

    空间矢量调制技术(SVPWM)

    空间矢量脉宽调制 (Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM )是用在三相电路中的调制方法。 SVPWM调制算法的任务是根据8个基本空间矢量
    的头像 发表于 05-29 17:22 4980次阅读
    <b class='flag-5'>空间</b><b class='flag-5'>矢量</b>调制技术(SVPWM)

    电压空间矢量与磁链矢量的关系是什么

    生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制。 磁链矢量 : 在电机学中,磁链是描述磁场能量与电流之间关系的物理量。 磁链矢量则是指磁链在
    的头像 发表于 10-12 15:12 660次阅读

    电压空间矢量pwm控制方法有哪些

    电压空间矢量PWM的基本原理 电压空间矢量PWM是一种基于电压矢量控制的PWM技术。它的核心思想是将三相电机的定子电压
    的头像 发表于 10-12 15:13 370次阅读

    电压空间矢量分量的极性是什么

    电压空间矢量分量的极性是一个复杂且深入的电气工程主题,涉及到电磁学、电路理论以及电机学等多个领域。 1. 电压矢量的概念 在电气工程中,电压不仅仅是一个标量值,它还可以被看作是一个
    的头像 发表于 10-12 15:14 373次阅读

    空间电压矢量矢量控制区别

    矢量是一种用于描述三相交流电压或电流的方法。在三相系统中,电压或电流的三个相位可以被视为三维空间中的三个分量。通过将这些分量组合成一个单一的矢量
    的头像 发表于 10-12 15:17 863次阅读