（车辆工程专业论文）三相异步电机基本参数辨识及逆变器pwm控制策略的研究.pdf

摘要 摘要 利用t i 公司生产的d s p ( t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a ) 作为控制核心，针对三相逆变器主电 路和控制电路进行设计，其中主电路功率开关元件采用s e m i k o n 公司的i g b t ，控制 电路主要包括p w m 驱动电路设计、电流电压信号采集电路设计、光电编码器信号采集 电路设计、故障保护电路设计、启动停止及复位电路设计、故障信号显示电路设计等， 从而开发了一套在逆变器供电条件下的三相异步电动机控制系统。在此基础上又进行了 逆变器的s p w m 控制、s v p w m 控制和电流滞环控制策略方法的研究，并利用 m a t l a b s i m u l i n l ( 软件建立三种p w m 控制策略算法模型进行代码生成并下载到d s p 中对三相异步电机进行控制，然后对三种控制策略的控制效果进行分析，为实现异步电 机的矢量控制和直接转矩控制提供了良好的软、硬件实验平台。 同时对三相异步电机基本参数辨识的方法展开研究，并利用逆变器控制系统来确定 电机基本参数( 包括定子漏感、定子电阻、转子漏感、转子电阻和互感) ，提出了一种 适合现场应用的电机基本参数在线辨识的方法。现场试验中采用异步电机的空载和负载 两种状态，通过d s p 的a d c 对电机定子绕组的电压信号和电流信号进行数据采集，最 后利用数字滤波以及频谱分析等操作进行数据处理。该方法不但提高了辨识的准确性， 也降低了测试难度，最终能够获得电机控制中所需的基本参数，为实现异步电机的矢量 控制和直接转矩控制提供了基本参数。 关键词：逆变器；d s p ；p w m 控制；参数辨识；代码自动生成 大连交通人学t 学硕十学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rt a k e sd s p ( t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a ) w h i c hp r o d u c e db yt h et i c o m p a n ya sa c o n t r o l l e rt od e s i g nm a i nc i r c u i ta n dc o n t r o lc i r c u i to f t h r e e p h a s ei n v e r t e rs oa st od e v e l o pa c o n t r o ls y s t e mo ft h r e e - p h a s ea s y n c h r o n o u sm o t o ru n d e rt h ec o n d i t i o n so fi n v e r t e r t h em a i n c i r c u i t sp o w e rs w i t c hi si g b tw h i c hp r o d u c e db vs e m i k o n c o m p a n ya n dc o n t r o lc i r c u i t s i n c l u d ep w md r i v ec i r c u i t ，c u r r e n ta n dv o l t a g es i g n a l a c q u i s i t i o nc i r c u i t ，p h o t o e l e c t r i c e n c o d e rs i g n a la c q u i s i t i o nc i r c u i t ，p r o t e c t i o nc i r c u i t ，s t a r ta n ds t o pa n dr e s e tc i r c u i t b a s e do n t h es y s t e m ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e ss p w mc o n t r o l ，s v p w ma n dc u r r e n th y s t e r e s i sc o n t r o l s t r a t e g i e sa n du s e sm a t l a b s i m u l i n ks o f t w a r et oe s t a b l i s ht h r e ep w ma l g o r i t h mm o d e lt o g e n e r a t ecc o d ea n dd o w n l o a dt od s pt oc o n t r o lt h r e e p h a s ea s y n c h r o n o u sm o t o r , a n dt h e n a n a l y s i s e st h ec o n t r o le f f e c to ft h r e ec o n t r o ls t r a t e g y i tp r o v i d e sag o o ds o f t w a r ea n d h a r d w a r et e s tp l a t f o r l t lt oa s y n c h r o n o u sm o t o rf o rt h er e a l i z a t i o no ft h ev e c t o rc o n t r o la n d d i r e c tt o r q u ec o n t r 0 1 a tt h es a n l et i m e ，t h ep a p e rr e s e a r c h e si d e n t i f i c a t i o no fb a s i cp a r a m e t e ro ft h r e e p h a s e a s y n c h r o n o u sm o t o r sm e t h o d sa n du s e si n v e r t e rt od e t e r m i n eb a s i cp a r a m e t e r so f a s y n c h r o n o u sm o t o r ( i n c l u d i n gs t a t o rl e a k a g ei n d u c t a n c e ，s t a t o rr e s i s t o r ，r o t o rl e a k a g e i n d u c t a n c e ，r o t o rr e s i s t a n c ea n dm u t u a ji n d u c t a n c e ) a n dp r e s e n t saa d a p ta p p l i c a t i o no f i d e n t i f i c a t i o nm e t h o d so ft h eb a s i cp a r a m e t e r t h ep a p e rp r e s e n t sn o 1 0 a da n dl o a dt e s tu n d e r t h ec o n d i t i o no fs c e n c et ot a k e d a t aa c q u i s i t i o no fv o l t a g ea n dc u r r e n ts i g n a l so fb a s i c p a r a m e t e r so ft h em o t o rt h r o u g ha d co fd s pa n da sar e s u l to fd i g i t a lf i l t e r i n ga n ds p e c t r u m a n a l y s i s t h i sm e t h o dn o to n l yi m p r o v e st h ea c c u r a c yo ft h ei d e n t i f i c a t i o n b u ta l s or e d u c e s m o r ed i f f i c u l to ft h et e s t ，a n d u l t i m a t e l yh a sa c c e s st oa c q u i s i tb a s i cp a r a m e t e r so f a s y n c h r o n o u sm o t o ra n dp r o v i d e st h eb a s i cp a r a m e t e r sf o rt h er e a l i z a t i o no ft h ei n d u c t i o n m o t o rv e c t o rc o n t r o la n dd i r e c tt o r q u ec o n t k e yw o r d s ：i n v e r t e r ；d s p ；p w mc o n t r o l ；p a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o n ；a u t o g e n e r a t i o n o f c o d e 绪论 绪论 一交流传动技术是轨道车辆电力牵引发展的必然趋势 自2 0 世纪7 0 年代起，交流传动技术在欧洲及世界各地迅速推广运用。相对直流传 动方式，交流传动系统具有功率大、速度快、节能安全等优势，它对世界铁路科技进步 和提高铁路竞争能力起到了重要作用。交流传动技术的优点表现在：电气制动性能好、 粘着利用率高、体积小、重量轻、适于轻量化的要求、结构简单、可靠性高、维修方便 等，这些特点使得交流传动与直流传动相比更适合高速重载的要求。当b b c 公司与 h e n s c h e l 公司合作研制成功第一批应用脉宽调制逆变器和异步电动机的交流传动内燃 机车以及前联邦德国与b b c 及有关制造厂家研制成功第一批交流传动电力机车时，交 流传动系统的优越性都充分体现出来了，主要是：( 1 ) 优异的运行性能；( 2 ) 显著的 节能效果；( 3 ) 解决了信号和通讯设备的干扰；( 4 ) 减少磨耗，降低运营成本； ( 5 ) 良好的可靠性与维修性i l j 。 基于以上原因，交流传动技术是轨道车辆电力牵引发展的方向。 二交流传动技术国产化是我国铁路电力牵引系统领域的紧迫任务 交流传动是当今世界轨道车辆的发展方向。但长期以来这一核心技术只为少数几个 发达国家所掌握，成为制约我国轨道列车发展的瓶颈。经过近十几年的不断努力，其性 能得到很大改善，成本也逐渐下降。正是由于交流传动控制系统的种种突出优点，近几 年我国大力发展轨道车辆的交流牵引系统。但由于我国交流传动技术的自主研发尚未成 熟，交流传动设备多以进口为主，且进口设备维修困难，配件昂贵。为此交流传动设备 国产化是我国在交流技术发展中最为迫切的任务。随着轨道车辆交流化的高潮来临，高 速动车组及轨道车辆交流传动技术也得到了刁 0 咖姒卜kz o f 1u ， 0 咖卜1 0说o ( 1 1 2 ) ( 1 1 3 ) ( 1 1 4 ) 人连交通人学t 学硕 ：学位论文 随着s i g n ( u ) 、s i g n ( u 6 ) 和s i g n ( u 。) 不同的取值可以有不同的组合，所以n 对应着 不同的扇区，并且是一一对应。由上述公式可以得出s i g n ( u o ) 、s i g n ( u ) 和s i g n ( u c ) 不 能同时为0 或1 ，所以只能有六种组合状态。因此我们这样定义： n = s i g n ( u o ) 2 + s i g n ( u 6 ) + 4 s i g n ( u c ) ，利用此公式可以很方便地区分六个扇区。 但是值得注意的是，计算出的n 的数值与实际的扇区编号不同，具体对应关系可以 见表1 1 ： 表1 1n 与扇区的对应关系 t a b l e1 1r e l a t i o no f na n ds e c t o r n123 4 56 扇区号i iv iii i i v ( 2 ) 计算毛和巧 为了表达方便，我们可以定义： x = 厕乒，m uk y = 萼扣帆 ( 1 1 5 ) z 卟扛+ 孚帆 下面以扇区i 为例，如图1 5 所示，假设逆变器直流母线电压为，采样时间为乙， 基本电压空间矢量u 、以和相应零矢量作用时问瓦、瓦和t o 可以表达成下列关系式： u ，4 t 4 ，+ u 6 t 6 + ，u o t o 2 u 一，t p w r n ( 1 16 ) i 瓦+ 瓦+ r o = 、7 在口和坐标系下，则可以得出： ，三埘s ! 篓地k ( 1 1 7 ) i 氓瓦s i n 6 0 。= 。 又已知在第1 扇区内的2 个基本电压空问矢量u 。和u 。长度为2 3u 出代入上式中， 得出： 1 2 第一章三相逆变p w m 控制策略 慝瓦+ j 2 u 出c o s 6 0 。瓦= 虬_ 【2 u a 。t 6s i n6 0 。= u p t m , , 图1 5 第1 扇区电压空间矢量线性组合 f i g 1 5l i n e a rc o m b i n a t i o no fv o l t a g es p a c ev e c t o ri ns e c t o r i 由式( 1 1 7 ) 和( 1 1 8 ) 联立得出： 州吾一孚) t j = 毒沁罩。m | uk t o = 一瓦一瓦 ( 1 1 8 ) ( 1 1 9 ) 当参考电压矢量，位于其他扇区时，每个扇区内摹本电压空间矢量的选择顺序， 如图1 6 所示： 1 3 大连交通大学丁学硕十：学位论文 ( 一l u l 舯r o l l ( 一压压， k8 u z 4 0 ( 0 0 1 ) u 州1 0 1 ) ( 一l 拓，一l 压) 0 如，一l 压) 图1 6 基本电压空间矢量的选择顺序 f i g 1 6s e q u e n c ec h o i c eo fb a s i cv o l t a g es p a c ev e c t o r 按照第1 扇区的算法以及基本电压空间矢量的选择顺序，可以求解出其它扇区相应 基本电压空间矢量的作用时间以及零矢量作用时间，如表1 2 所示： 表1 2 各扇区电压空间欠量作用时间 t a b l e1 2o n t i m eo fv o l t a g es p a c ev e c t o ri ne v e r ys e c t o r 扇 卜( 孚一三) 区 i 瓦= 致厶乙。r o = 乙。一瓦一瓦 扇 纠孚一3 v o ) r 区 i i 纠孚+ 三) 瓦：母疋 扇 五= 徊p u 出 区 卜( 孚+ 知k 瓦：_ 哥互 i i j 扇 1 、= 一胤l 一| u 记 区 瓦= 一( 孚一吾) 瓦：一五一互 1 4 第一章相逆变p w m 控制策略 续表 扇 卜( 孚+ 三) k 区 v 卜( 孚驴3 二u ) r 胛毛：母正 扇 州孚+ 吾虬) 区 正= 一及厶乃。r o = 乙。一瓦一瓦 对于不同的扇区，相应扇区内的矢量巧和五的取值可以按表1 3 来选择： 表1 3 巧和弓赋值表 t a b l e1 3 巧a n d 乃s s i g n m e n tt a b l e 扇区号 ii iiv 巧 zz x x yy 乃 xyyzzx ( 3 ) 过调制暂态处理 在常规的s v p w m 的模式中，由六个基本电压空问矢量组合成近似圆形的旋转 轨迹，这个圆形轨迹的半径受到六个基本电压空间矢量幅值的限制。这个最大圆形轨迹 就是六边形的内接网。因此，的最大幅值为3 。 在非常规s v p w m 中，参考电压矢量处于六边形的内接网和外接圆之间，如图 1 7 所示。此时属丁过调制暂态，也是一种非线性调制。如果不采取措施，输出电压将出 现严重的失真，影响电机的输出转矩。理论上，我们可以对端点超出六边形的部分 进行压缩，保持其相位不变，将其端点拉回至六边形。但在实际运用中需要对电压矢量 的端点轨迹是否超出六边形进行判断，再进行咒，乃，r o 的计算，具体： 程实现比较 麻烦，所以作进一步改进。计算出巧，乃后，判断l + 瓦乙是否成立，如成立，瓦， 瓦保持不变。如不成立，设将电压矢量的端点拉网到正六边形内切圆时两个非零矢量作 用时间分别为瓦。和瓦：，则有比例关系为【1 2 l ： t 巧x i 专 ( 1 2 。) 咒瓦 、7 大连交通大学t 学硕士学位论文 因此，可用下式求得瓦。，孔：，瓦，： 耻丧 耻焘 r 0 1 = 0 图1 7吒，的内接圆和外接圆 f i g 1 7i n s c r i b ec i r c l ea n d c i r c u m c i r c l eo fu 螂 ( 1 2 1 ) ( 1 2 2 ) ( 1 2 3 ) ( 4 ) 计算电压矢量切换时间 以扇区l 产生的波形为例来加以漩明： 软件实现的s v p w m 有以下特点： 每褶每个p w m 波输出只使功率开关管开关一次； 电动机正反转时，每个扇区的两个相邻蕊本_ v _ f h j 欠量u 和玑的选择顺序不变。 也就是说，电动机的旋转方向只与扇区顺摩有关。正转时( 磁链逆时针旋转) ，扇区的 顺序是1 2 3 4 5 6 。l ( n 的相应顺序为3 1 5 462 ) ；反转时( 磁链顺时针旋转) ，扇 区的顺序是6 543 2 1 6 ( n 的相应顺序是3 264 5 一1 ) ； 每个p w m 嗣期都是以零矢量0 0 0 0 歼始和结束，以零矢量o l ll 捅在中闻；零 矢量0 0 0 0 和o ll l 的插入时问相等； 1 6 第一章三相逆变p w m 控制策略 假设三角波周期为k ，幅值为2 ，与三角波进行比较以产生p w m 波形的三 个比较值分别为： - = ( 一瓦一t s ) 4 z = ( 乙。一瓦一瓦) 4 + 瓦2 k 3 = ( 一l t 6 ) 4 + 瓦1 2 + t 6 2 其中：瓦和瓦为两个非零矢量作用时间。 以上关系式可以从图1 8 中清晰地看出电压矢量切换时间点的位置。 li l l z h r o 4 1 t 2 1 磊，2，从而，4死2 广一广一：o i li ： 二二! 二笼i 二 f t 一1 s：一 i 者- - , - 计计k 炭 一一l 一一一 口i l 广 hu 6 卜hl 厂h 卜h cl 4 卜一卜- + 斗 l i 。ic l l 。i 乩lc b 0 d li ( ) ( i ( ) () () () ( ) ( 图电压空间矢量切换时间点 ( 1 ( 1 ( 1 目前最流行的是七段式电压空间矢量 波形，所以将中间两段d l 。合并成一段， 时间上将两段瓦变为瓦2 。合并时问后的七段式电压空问矢量第一扇区的 波 形如图1 中( a ) 所示。当处于不同扇区时这两个非零矢鼍瓦和瓦可以依据两个基本 电压空间矢量顺序来确定。无论在哪个扇区内，瓦都应对应于最先作用的非零电压空间 矢量的作用时间( 如在扇区l 中，瓦则对应于瓦) ，瓦则对应于另外一个零电压空间 矢量的作用时间( 如在扇区i 中，乃则对应于瓦) 。在一个。周期内，三个比较值分 配给哪一相可由图1 中各扇区的波形来确定。 1 7 大连变通大学t 学硕十学位论文 a b c a h c , 2 1 l 、 c ；c o 4l 五2 ：, t 6 72 ；t o 2 冬7 2 i 五2 ；t o 4 ； ；：；l ii-i 。b o o ib i j b o lii 【珏t j 。t 如 i i f l l l c ejwl lc l i i i l i ( l i ) ”i l lj l j ( a ) s e c t o r1 ：，4 ，2 1 0 0i li ( r j li ii 岛i1 2 0 ) 嗍 i i i ) li i i i ii l ( i il i l i l i j i ) j ) ) ( b ) s e c t o r 2 ：4 正2 ：7 3 2 1 2 ：五，2 墨2 ：4 ： !：l：i：! ；【；2 i l f l s r j 1 ) 1 1i i 赫：l 1 2 0 ；tb o o ； ii i i i i i i ij 。i f j i i l l ii | ；l li f i l ；i i1 ) l i l i i l l i ( c ) s e c t o r3 1 8 h 2， 墨： 2， 郎； 2， c 、厶， 墨： 第一章三相逆变p w m 控制策略 b a b h i i 1 1 0 4 -i 1 u 0 0 。i - 查4 0 u 8 u 。 - l l l i l j l l j i i i i1 1 1 04 ( d ) s e c t o r 4 t s | 21 02t s | 21 0 4 ：2： ：碥：l ：lb o n ：( l ii ：ii r j f | ：【蔓4 0 ：( h a ；： 。 i i l i l l l 。“ ( i hl f l i iei li 2 fi i i i i i i t l i ! l l 。 ( e ) s e c t o r 5 1 41 五，21 毛2 ：r o 2 ：巧，21 五，21 r o 41 ) i i i l ii o ( f ) s e c t o r 6 图1 9 七段式空间l u 乐欠鼙p w m 波形 f i g 1 9s v p w mw a v e f o r mp a t t e r n 1 9 2， 五 ， 、- r 2， 墨 ，- ，i幔h 、u m 1 -l，)i ，h m( - o i惜， l - l 1 0 ，；i m t i !； o ： l l - i -： o i _ - 飞 1 -， j l l 0 ，- l h “帅 i i -i 吣 lr，一 l i 大连交通大学t 学硕十学位论文 i 瓦= ( 一瓦一乃) 4 令 瓦= 乇+ 巧2 iy c = 瓦+ 乃2 ( 1 2 7 ) 在不同扇区内，a 、b 、c 三相对应的切换时间乙。、乙2 、乙，如表1 4 所示： 表1 4 切换时间乙l 、乙2 、乙3 的赋值表 t a b l e1 4a s s i g n m e n tt a b l eo f 乙l ，乙2 ，乙3 扇区号ii iiv 乙。乃死瓦瓦瓦乃 乙：瓦瓦乙丁6乃瓦 乙3瓦 瓦死瓦 疋 瓦 1 2 3 电流滞环控制 应用p w m 控制技术的逆变器一般都是电压源型的。它是以输出电压近似正弦波为 控制同标。但是，对于异步电动机，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为只有在异 步电动机绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分 量。因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然比电压开环控制能够获 得更好的控制性能1 1 3 j 。 电流滞环控制大致可以分为非固定开关频率的电流滞环控制法和固定丌关频率的 电流滞环控制法： ( 1 ) 非固定开关频率的电流滞环控$ 1 j r 8 , , 4 , , 5 】 这种控制方式的基本思想就是将三相定子i f 弦电流给定信号与检测到的实际电流 信号相比较，如果实际电流大于给定值，则通过逆变器功率开关器件的导通或关断使其 减小；反之则使其增加。这样就使实际的输出电流围绕给定的i f 弦波电流作锯齿形状的变 化，并将偏差限制在一定的范围内，逆变器输出的电压波形成为s p w m 波形。如果逆 变器的功率开关器件具有足够的丌关频率，则定子电流的幅值和相位就能得到快速调 节，从而使电动机电流具有高品质的动态性能。 第一章三相逆变p w m 控制策略 电流滞环控制型逆变器a 相电流控制原理图如图1 1 0 所示。其中，电流控制器是 带滞环的比较器，环宽为2 h 。将给定电流屯与输出电流乞进行比较，当电流偏差乞超 过h 时，经滞环比较后控制逆变器a 相桥臂上或下功率器件动作。 图1 1 0 电流滞环控制型逆变器a 相电流控制原理图 f i g 1 10s c h e m a t i co fap h a s ec u r r e n th y s t e r e s i sc o n t r o lo fi n v e r t e r 采用电流滞环控制时，变频变压器的电流波形与相应的相电压波形如图1 1 1 所示， 在图，0 时刻，乞 e ，且乞= 乞一乞h ，滞环比较器输出高电平信号，驱动上桥臂功 率开关器件啊导通，变压变频器输出j 下电平使屯增大。当乞增大到与相等时，虽然 乞= 0 ，但滞环比较器仍保持正电平输出，啊保持导通，使艺继续增大。直到t 。时刻， 达到= 艺+ h ，= 一h ，此时滞环比较器翻转，输h 负电平，关断啊，并经过延时 后驱动啊。但是此时啊未必能够导通，由于电动机绕组的电感的作用，电流乞不会反 向，而是通过续流二极管v d 4 续流，使隅受到反向钳位而不能导通。此后，艺逐渐减 小，直到，时刻，t = t 一h ，降到滞坏偏差的下限值，使滞环比较器再次翻转，又使啊 导通。这样，啊与饿交替工作使逆变器输出电流乞与给定值屯的偏差保持在h 范围 之内，在给定电流上下作锯齿状变化。 2 l 大连交通人学下学硕十位论文 j j白。f i，z石 l ，2 一 m ， u k | 2 辅电凰鲫； 图1 11 电流滞环控制时的电流波形与相应的相电压波形 f i g 1 1 1c u f l r e n tw a v e f o r m sa n dv o l t a g ew a v e f o r mu n d e rt h ec o n t r o lo fc u r r e n th y s t e r e s i s 图1 1 l 绘出了给定正弦电流f 。半个周期内的输出电流波形t 和其向对应的相电压 波形。从中可以看出输出的电流波形是围绕给定正弦电流做脉动变化的。在上升的阶 段，逆变器输出相电压是+ 2 ，在乞下升的阶段，逆变器输出相电压是一2 。因 此，输出的相电压波形为p w m 波。 电流滞环控制的精度与滞环的环宽2 办有关，同时还受到电力电子开关器件所允许 的最大丌关频率的制约。当环宽2 厅选取比较大的时候，可以降低开关器件的丌关频率， 但产生的问题就是，电流波形失真比较严重，谐波分量也比较高；如果环宽2 办太小， 电流波形虽好，却使开关频率增大，从而对开关器件的损耗大大增加。这是一对矛盾的 因素，在实际心用当中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选取尽可能小的 环宽。 由于电流控制的精度与滞环比较器的坏宽有关，同时环宽的大小根据所用功率器件 的允许丌关频率而定，所以必须讨论环宽与开关频率之问的关系。为分析方便，作如卜 假设l l ；j ： 可以忽略开关的死区时间，可以认为同一个桥臂上、下两个开关器件的丌和关是 瞬时完成、互补工作的： 考虑到逆变器开关频率较高，电机定子漏感的作用远大于定子电阻的作用，可忽 略定子电阻的影响。 设a 相电流给定值为： 第一章三相逆变p w m 控制策略 i ：= i 。s i n c o t 由图1 1 0 和图1 1 1 可以得到以下两个式子： 一d i f ：丝! 三二生 d tl d i i 一一u 如 2 一e o d tl ( 1 2 8 ) ( 1 2 9 ) ( 1 3 0 ) 其中，广，f 一为电流的上升段和下降段； 三为电动机定子绕组电感； e 为电动机的感应电动势。 对于图1 1 1 中的电流上升段来说，持续时间为t l t o ，由电流波形的近似三角波可以 写出： 丝：生 d t a t l 把式( 1 3 1 ) 4 - x 式( 1 2 9 ) ，得电流上升段的时间为： ，l - 竺l u d c | 2 一( e o + l a d i o t ) 同理，对于下降段也可以得出： 竖：生 d t a t 2 出2 ：型l 丁 2 + ( 乞“鲁) 其中，a t ：= f 2 - t ，为电流下降段的持续时问。 将式( 1 3 2 ) 与( 1 3 4 ) 相加，于足得到变压变频器的一个开关周期为： ( 1 3 1 ) ( 1 3 2 ) ( 1 3 3 ) ( 1 3 4 ) 人连交通人学i ：学硕f j 学位论文 址。+ ，：竺坐 (135)d ( 2 ) 2 一( 玩+ 厶讲i t ) 2 相应的丌关频率为： z ：丽1 ：( u a c l 2 ) 面2 - ( e , , + 字l ) 2 3 6 ， 由式( 1 3 6 ) 可以看出，采用电流滞环控制时，电力电子器件的开关频率与环宽2 h 成反比。从式中我们可以看出，开关频率不是常数，他随着乜和鲁变化而变化。由于 反电动势e 决定于电机的转速，转速越低，e 就越小，开关频率z 也就越大，因此， 最大的开关频率发生在堵转情况，此时，e ：0 ，代入式( 1 3 6 ) 中，得： ，( u d 。1 2 ) 2 - ( 等) 2 z 。2 1 7 矿u 己l o ， ( 1 3 7 ) 由于给定a 相电流屯= 1 m s i nr o t 是正弦函数，则其导数为： 百o t - - i m ( 1 ) c o s 耐 ( 1 3 8 ) 它表明，在电流变化的一个周期内的不同时刻，导数鲁在一缈o + 乙彩之间 连续地变化，因此电动机堵转时，变压变频器开关频率的最大值和最小值分别为【6 1 1 1 2 彤1 ： z o m a x = 面u d c( 纠= 三，争) ( 1 3 9 ) ，：!咝!墅二!墨生丛(atjtomm ：o ，7 r ，2 加)( 1 4 0 )一 2 h l u ，。 邺7、。 依i 比可以丽巾对】机堵转时开关频率随给定电流蒯期的变化规律，如图1 1 2 所示。 2 4 第幸二相逆变p w m 控制策略 0 ，、 2 一 八2 万7 图1 1 2 堵转时开关频率随给定电流周期的变化规律 f i g 1 12r u l eo fs w i t c h i n gf r e q u e n c yi l l st h eg i v e nc u r r e n tc y c l ec h a n g e sw h e np l u g g i n g 相比之下，电流滞坏跟踪控制具有更快的电流动态响应，并且电流滞环跟踪动态偏 差由滞环宽度确定，而不是随着电流变化率的改变而变化。这样也就更好地体现了电流 跟踪控制比s p w m 的面向电压正弦为控制目标的控制效果。 但是该控制方式也存在明显的不足，它的开关频率随着电流变化率的改变而变化， 固定开关频率的控制方式在设计和工程应用中所能带来的一切的优势根本不能得到体 现。 ( 2 ) 基于固定开关频率的电流滞环跟踪控制 由于固定开关频率法的开关频率稳定，适合数字控制，被人们广泛应用，但是它的 跟踪精度不够高，谐波分最大。为此，人们提出一种新型滞坏电流控制器结构，即基于 固定丌关频率的电流滞环控制。它是建立在把固定开关频率法以及电流滞环控制两种方 式栩瓦结合基础之上，根据给定的电流的变化率，在最大环宽和最小环宽之问进行选择， 充分利用功率器件的丌天频率，以期缩小稳态跟踪误差，减小定环宽电流滞环跟踪控制 的谐波分量，更加逼近给定的电流波形。 基于固定开关频率的电流滞坏控制就是在逆变器输出的s p w m 一个周期内中，根据 给定电流的变化率，通过环宽计算环节在最大、最小环宽进行实时的选择，以保证输出 的p w m 脉冲频率在一个正弦波内保持基本不变。 从图】1 2 可以看出，当滞环环宽2 厅保持不变时，电力电子开关器件的开关频率在 给定电流的一个周期内呈佶j 期性变化。 基十以i ：的考虑，我们采取保证开关频率固定，而改变滞环环宽2 乃的方式来进行 电流滞环跟踪控制。 大连交通大学t 学硕十学位论文 从式( 1 3 7 ) 我们已经得知，开关频率z 。与滞环环宽2 办成反比例关系，为了能使输出 电流能够快速跟踪给定电流，滞环环宽2 厅应尽量取最小值。 因此，在电动机堵转时，开关频率取i g b t 所容许的最大开关频率如r ，得出最小 的滞环环宽( 半环宽) ： 2 i 瓦u d 了c ( 1 4 1 ) 最大的滞环环宽( 半环宽) 可以根据式( 1 3 9 ) 得出： k 2 面u d c ( 1 4 2 ) 这样就可以在保证最小滞环环宽( 半环宽) h 的基础上，在一个给定电流周期内， 利用2 个固定的开关频率相互交替工作的方式，在一定程度上解决了开关频率不固定所 带来的负面影响。对于采用固定开关频率的电流滞环跟踪控制方式选择环宽时，按图 1 1 2 的方式选取最大最小环宽： 当导数的绝对值小于0 7 0 7 1 a m c o 时，选择最小环宽，因为此时电流的变化率小， i g b t 的开关频率增大也是滞环控制中环宽的选择上限所在； 当导数的绝对值大于等于o 7