多電平變頻器無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制的研究

根據(jù)上述思想進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì)于n級(jí)H橋級(jí)聯(lián)的逆變器，可以等價(jià)為2n個(gè)單元的組合變流器，相鄰的兩級(jí)H橋單元同一側(cè)橋臂的采樣時(shí) 刻應(yīng)相互錯(cuò)開Ts/2n。

由上述分析可以得到在n級(jí)H橋級(jí)聯(lián)型逆變器中應(yīng)用錯(cuò)時(shí)采樣調(diào)制策略的實(shí)現(xiàn)方法。只要根據(jù)傳統(tǒng)兩電平空間矢量算法得出某一級(jí)H橋中三個(gè)同側(cè)橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)中其它各開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)即可通過相應(yīng)的延時(shí)得到。兩電平空間矢量算法在主控制器中進(jìn)行，延時(shí)可通過在主控制器外增加硬件單元來實(shí)現(xiàn)。這樣就大大減輕了主控制器的負(fù)擔(dān)，能夠適應(yīng)快速實(shí)時(shí)控制的要求。

STS-SVM中，系統(tǒng)總體輸出電壓矢量的安排是自動(dòng)完成的，由兩電平空間矢量算法得出的各個(gè)橋臂觸發(fā)波形自身具有對(duì)稱性和均衡性，因此總體開關(guān)負(fù)荷也是均衡的。

4 STS-SVM無速度傳感器DTC系統(tǒng)

相對(duì)于普通的多電平空間矢量算法，STS-SVM控制算法簡(jiǎn)單，開關(guān)負(fù)荷均衡，使得主控制器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制等算法成為可能。

圖3為基于STS-SVM的級(jí)聯(lián)多電平無速度傳感器DTC控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。圖中速度調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈調(diào)節(jié)器均為比例積分調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器需要在PI調(diào)節(jié)前采用限幅，以免過大的轉(zhuǎn)矩誤差造成過電流沖擊。系統(tǒng)總采用STS-SVM模塊產(chǎn)生PWM波控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)，摒棄了復(fù)雜的開關(guān)矢量表。另外，由于未使用滯環(huán)比較，系統(tǒng)的采樣頻率是固定的，更易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。

圖3 基于STS-SVM的無速度傳感器DTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.1 STS-SVM調(diào)制的多電平逆變器

此處，多電平逆變器為圖4（a）所示的三級(jí)H橋級(jí)聯(lián)型拓?fù)?。STS-SVM模型中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生通過兩電平空間矢量算法得出的調(diào)制波與各個(gè)開關(guān)管對(duì)應(yīng)的三角波進(jìn)行比較來獲得，如圖4（b）所示。各個(gè)三角載波存在一定的移相關(guān)系，這樣就等效地實(shí)現(xiàn)了采樣周期的相互錯(cuò)開。

(a) 三級(jí)級(jí)聯(lián)多電平逆變器主電路

(b)STS-SVM驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生單元
圖4 級(jí)聯(lián)多電平主電路與PWM產(chǎn)生單元

4.2 磁鏈與轉(zhuǎn)矩觀測(cè)

定子磁鏈的估計(jì)大體上可以分為三種模型，即u-i模型，i-n模型，u-n模型。其中u-i模型中磁鏈表達(dá)式為
（1）
其中，，us，is，Rs分別為定子磁鏈、電壓、電流值與定子電阻值，可見，u-i模型觀測(cè)定子磁鏈無需轉(zhuǎn)速信息，唯一所需了解的電動(dòng)機(jī)參數(shù)是定子電阻Rs，因此十分適合在此處應(yīng)用。