逆变器输出电压空间矢量的分布特点分析

一般情况下两电平逆变器六拍运行时，每隔60°切换一次，一周内有8种开关状态。如图2-3所示，S_a、S_b、S_c为三只双投开关，往上投时相当图2-1所示电路的共阳极组IGBT导通，共阴极组关断；往下投时，情况刚好相反，共阴极组导通，共阳极组关断。若以1表示正组（共阳极组）开关导通，0表示负组（共阴极组）开关导通，运行一个周期（2π），三个开关可构成一组三位二进制编码，按a、b、c相序可表示为100、110、010、011、001、101、000、111，共计8种开关状态。每一种开关状态输出合成电压空间矢量（也简称电压矢量或空间矢量）u_p分别记为u₁、u₂、u₃、u₄、u₅、u₆、u₀、u₇，统称为基本矢量，它们与相应的各开关器件状态对照见表2-1。其中u₁～u₆为有输出数值的矢量，称为非零矢量，u₀、u₇无电压输出，称为零矢量。8个电压矢量的空间分布如图2-4所示，常用为辐射形式。各矢量增值角为60°，各个矢量之间可分为6个扇区（Ⅰ～Ⅵ）。若按图中电压矢量切换方向（逆时针）使电动机正转，则反方向切换（顺时针）电动机便变为反转，因为磁链和电压矢量同一方向，为了便于分析，常将ABC坐标系转换为αβ坐标系，将u₁与a相、α轴重合，如图2-4所示。但应注意的是，有些文献资料上，空间电压矢量u₁～u₆的开关状态并不一定按上述排列表述。

图2-3 逆变器运行示意图

表2-1 电压矢量开关状态对照表

上述逆变器输出开关状态用开关函数形式表示时

设直流电压假想中点为O，电动机绕组中点为O′（见图2-1和图2-2），两个中性点间电位差为u_OO′，则加于电动机绕组相电压为u_a=u_A-u_OO′u_b=u_B-u_OO′u_c=u_C-u_OO′

逆变器输出电压合成空间矢量为

式中 ρ——相量算子，。

图2-4 电压空间矢量的分布

电动机定子电压合成空间矢量u_s为

上式表明，电动机定子电压空间矢量的分析，可以转化为对逆变器输出电压空间矢量的分析。

矢量幅值合成矢量若用开关函数表示，便有

用式（2-1）可求出各电压矢量的数值，如求状态1，即u₁（100）：(www.xing528.com)

从图2-2知，相当于π/3～2π/3

代入式（2-1），可得：

再如求u₄（011），从图2-2知，相当于4π/3～5π/3

代入式（2-1），可得：

再如求u₅（001），从图2-2知，相当于5π/3～2π

代入式（2-1），可得：

按此方法，可求其余电压矢量的值。各电压矢量相应的数值见表2-2。

表2-2 电压矢量相应的数值

（续）