基于最大功率的VSI泄放電阻制動(dòng)技術(shù)及應(yīng)用
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2．2．2 電壓因子通道的設(shè)計(jì)
電壓因子通道采用滯環(huán)Bang-Bang控制，以便得到靈敏的響應(yīng)速度。電壓因子占空比初始輸出為零。當(dāng)Udc大于直流母線電壓?jiǎn)?dòng)泄放工作點(diǎn)電壓與制動(dòng)時(shí)直流母線電壓滯環(huán)值之和時(shí)，電壓因子占空比輸出為1；當(dāng)Udc小于直流母線電壓?jiǎn)?dòng)泄放工作點(diǎn)電壓與制動(dòng)時(shí)直流母線電壓滯環(huán)值之差時(shí)，電壓因子占空比輸出為零；其余情況則保持上一拍的輸出狀態(tài)。電壓因子通道輸出的響應(yīng)可以在數(shù)字控制器的一拍內(nèi)完成。
2．2．3 功率因子通道的設(shè)計(jì)
以R允許最大功率為參考值，以R的當(dāng)前平均功率為反饋值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器及限幅處理得到功率因子占空比。PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)如下：G(s)=Kp·[1+1／(TIs)]，其中，Kp為比例增益，TI為積分時(shí)間常數(shù)。在電阻制動(dòng)動(dòng)作發(fā)生前，工作占空比為零，R的當(dāng)前平均功率為零，PI調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)，功率因子占空比輸出最大值100％。一旦直流母線上泵升電壓超過設(shè)定值，在R允許的沖擊時(shí)間內(nèi)，R的平均功率將緩慢上升，在沒有超過允許的最大制動(dòng)電阻功率前，功率因子占空比輸出保持最大值100％，從而可以在制動(dòng)初期以連續(xù)方式實(shí)現(xiàn)泄放，快速降低直流母線上泵升電壓。如果泵升電壓還沒有完全降低下來，但已超過了R允許的沖擊時(shí)間，這時(shí)則不允許連續(xù)制動(dòng)，將通過PI調(diào)節(jié)器自動(dòng)進(jìn)入占空比方式制動(dòng)。
在占空比方式下，R上的平均消耗功率將控制在允許最大功率內(nèi)，此時(shí)按最大功率設(shè)定值自動(dòng)計(jì)算占空比最大值。通過最大占空比限制，同時(shí)保證了制動(dòng)效果和R的安全。當(dāng)制動(dòng)成功，直流母線上泵升電壓降低到目標(biāo)電壓以下時(shí)，制動(dòng)占空比為零，R的平均功率將緩慢歸零。
2．2．4 制動(dòng)占空比及其PWM控制實(shí)現(xiàn)
制動(dòng)電路的工作占空比可由電壓因子占空比與功率因子占空比的乘積得到，從而兼顧了Udc限制需求和R功率限制需求，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化制動(dòng)泄放效果。制動(dòng)電路的工作占空比范圍為[0，1]，可由數(shù)字電路的三角波發(fā)生器和數(shù)字比較器構(gòu)成PWM單元，控制占空比的生成，此功能在TM S320F28335型DSP Epwm外設(shè)上很容易實(shí)現(xiàn)。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與應(yīng)用
基于最大功率的泄放電阻制動(dòng)技術(shù)已經(jīng)在32位浮點(diǎn)TMS320F28335型DSP驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)所用的4對(duì)極PMSM的各項(xiàng)參數(shù)如下所示：額定輸出功率5．5 kW，額定轉(zhuǎn)速1 500 r·min-1，額定轉(zhuǎn)矩35 N·m，電勢(shì)系數(shù)1．026 V·s／rad，轉(zhuǎn)矩系數(shù)2．18 N·m／A，相繞組電阻0．35 Ω，Ld=7．3 mH，Lq=7．8 mH。制動(dòng)電阻平均功率計(jì)算的一階LPF時(shí)間常數(shù)τ為0．33倍電阻允許沖擊時(shí)間。
Udc的測(cè)量通過系統(tǒng)的DAC輸出監(jiān)控，R流過的電流IR通過電流鉗接示波器測(cè)量。R=32 Ω，制動(dòng)電阻功率1 000 kW，R的使用降額率設(shè)置為50％，R的短時(shí)抗沖擊允許時(shí)間設(shè)置為3 s；功率因子通道PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)：Kp=0．8，TI=0．3；電壓滯環(huán)寬度設(shè)置為5 V。實(shí)驗(yàn)波形如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175884.htm
圖2a為PMSM弱磁失控情況下Udc和IR波形。PMSM在交流220 V整流為310 V直流供電條件下，制動(dòng)電壓工作點(diǎn)電壓Ubrake設(shè)置為325 V，在PMSM工作于空載速度控制模式，并已進(jìn)入弱磁控制狀態(tài)，關(guān)閉控制使能，出現(xiàn)弱磁失控狀態(tài)，Udc在PMSM弱磁失控后電壓迅速泵升，并觸發(fā)制動(dòng)電路以100％，的占空比工作，約0．5 s后(小于R的短時(shí)抗沖擊允許時(shí)間)，將R限制在允許的范圍內(nèi)，期間在R上產(chǎn)生連續(xù)的制動(dòng)電流。圖2b為Udc與Ubrake(設(shè)置為305 V)比較接近時(shí)Udc和IR波形。圖2c為Udc長(zhǎng)期大于Ubrake(設(shè)置為285 V)條件下的Udc和IR波形。R處于占空比工作方式，有效地以電阻可承受的最大功率能力實(shí)現(xiàn)泄放。
4 結(jié)論
直流母線泵生電壓的抑制對(duì)于電壓源逆變器的可靠工作非常重要，電阻制動(dòng)由于方案簡(jiǎn)單、成本低，在中小功率電壓源逆變器電路的直流母線泵升電壓控制中仍大量使用。在此針對(duì)使用制動(dòng)電阻的實(shí)際瀉放需求，提出一種新的基于軟件方案的制動(dòng)電阻控制策略，該控制技術(shù)充分考慮了制動(dòng)電阻的額定功率、使用率、電阻值以及最大允許沖擊時(shí)間，并可通過軟件靈活地配置工作參數(shù)。該控制方法充分考慮了直流母線電壓限制的需求，同時(shí)也考慮了制動(dòng)電阻的最大功率和沖擊時(shí)間限制，通過電壓因子通道和功率因子通道的聯(lián)合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)電阻的優(yōu)化泄放控制。通過基于TMS320F28335型浮點(diǎn)DSP控制平臺(tái)，用永磁同步電機(jī)的弱磁失控等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該制動(dòng)方法的有效性和實(shí)用性。
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評(píng)論