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变频器的磁通轨迹控制

提示:

如前所述,电压矢量的积分是磁通矢量,按选择空间电压矢量,使磁通的轨迹在圆周上,这就是磁通轨迹控制。它需要解决两个问题。a)如何选择电压矢量;b)如何确定所选择的开关状态的持续时间。 逆变器每一次开关动作都将产生磁通的微小变化。假定逆变器的开关状态为ui(sU,sV,sW),开关的持续时间为△t,则电动机经过△t时间

如前所述,电压矢量的积分是磁通矢量,按选择空间电压矢量,使磁通的轨迹在圆周上,这就是磁通轨迹控制。它需要解决两个问题。

a)如何选择电压矢量;

b)如何确定所选择的开关状态的持续时间。

逆变器每一次开关动作都将产生磁通的微小变化。假定逆变器的开关状态为ui(sUsVsW),开关的持续时间为△t,则电动机经过△t时间,由电压矢量Ui (sUsVsW)所产生的磁链增量△ψ可以由下式计算:

△ψ=Uit    (7-32)

由此可见,磁通增量的方向为电压矢量的方向,磁通轨迹沿着Ui的方向前进了△ψ的距离。如果用ψn和ψn+1表示第n次和第n+1次控制周期结束时的磁通,则ψn+1为ψn和△ψ的矢量和,即

ψn+1=ψn+△ψ (7-33)

若为Ui为零矢量,则磁通的增量为零,磁通的轨迹未发生移动。在逆变器的基波频率的一周期内,分割成k个控制周期,每个控制周的时间间隔为

T=2π/kω    (7-34)

式中 ω-基波角频率;

k-一周的分割数。

将空间平面按电压矢是量分为六个扇区,在每个扇区的边沿各有一个电压矢量,记作UiU2。在第个控制周期选择三种开关状态,并由此实现PWM控制。

1.六边形轨迹控制 如果在60°时间问隔内,只改变逆变器的一支桥臂上下电力电子器件的通断状态,则磁通轨迹为六边形。由式(7-33)可知,在t时刻的磁通为ψn,如图7-20所示。此时选择电压矢量U1,经过时间t1,磁通轨迹由O点到达六边形的顶点A,但是由于时间t160°,在磁通轨迹到达A点后,需停留一段时间。为此,磁通在到达A点后需要停留一段时间t0,即选择零矢量U0U7。停留时间t0应满足

t0+t1=60°

显然,按上述方法控制,电动机在一个周期内仅仅切换6次开关状态,电动机的电波形将会出现较大的尖峰。从改善电机电流波形的要求和提高电力电子器件的使用效率考虑,可以适当提高开关频率。其具体做法是将开关持续时间t0t1分成若干段,即磁通轨迹在由O点移动到A点的过程中,交替选择电压矢量U1U0只要U1U0的总的持续时间分别为t1t0,则磁通的控制效果并未发生变化,即磁通沿着6边形的前进,但是电流的波形轨迹将得到改善。

六边形磁通轨迹控制的原理图

7-20 六边形磁通轨迹控制的原理图

2.圆形轨迹控制 为了实现磁通轨迹控制,一个控制周期磁通轨迹移动距离应等于圆形磁通轨迹移动的距离,如图7-21所示。

圆形磁通轨迹控制的原理图

7-21 圆形磁通轨迹控制的原理图

而逆变器的k个控制周期内,选择的电压矢量包含U1U2U0。其中U1为主矢量,U2为辅矢量,U0为零矢量。主矢量和辅矢量可以是前述的U1 (001) -U6(110),零矢量可以是U0(000)U7(111)U1的持续时间为t1U2的持续时间为t2, U0的持续时间为t0。若控制周期为T,则有

T=t1+t2+t0    (7-35)

由积分近似公式有

U*T=U1t1+U2t2    (7-36)

式中 U*-正弦电压设定值;

U*T-在第k个控制周期的磁通设定值的增量;

U1t1-电压矢量U1在其持续时间所产生的磁通增量;

U2t2-电压矢量U2在其持续时间所产生的磁通增量。

U1t1U2t2的矢量和为U*T

可以推证

(7-37)

式中 a=u*/Edc-调制比,它反应逆变器的电压利用系数;

γ-电压参考矢量U*U1之间的夹角。

3.直接转矩控制 直接转矩控制交流调速系统如图7-22所示。

直接转矩控制交流调速系统框图

7-22 直接转矩控制交流调速系统框图

交流电动机的转矩同逆变器输出电压矢量控制逆变器的开关策略,由开关信号选择单元给出。电动机的定子电流、母线电压同检测单元测出后,经坐标变换器变换到模型所用的d-q坐标系下,再同转速信号一起作为电动机模型的输入,计算出磁链和转矩;模型磁链幅值、转速值、转矩值同给定的输入量比较后送入各自的调节器,经过两点式调节输出相应的磁链和转矩开关量,做为开关信号选择单元的输入,以选择适当开关状态来完成直接转矩控制。

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