基于分類算法的雙三相感應電機SVPWM

摘要：傳統(tǒng)的SVPWM算法，因其涉及較多的扇區(qū)判斷、三角函數(shù)計算和平方根運算，其算法較為復雜。在此首先分析了基于分類算法的SVPWM的基本原理及其在計算效率上的優(yōu)勢。針對雙三相感應電機控制的特點，提出基于分類算法的六相逆變器SVPWM控制算法，并進行了實驗驗證。實驗結(jié)果驗證了該控制算法的有效性。
關(guān)鍵詞：感應電機；雙三相；分類算法；數(shù)字信號處理器

1 引言
多相感應電機交流調(diào)速系統(tǒng)具有可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動小、同等電壓下功率更大等優(yōu)點，是大功率交流變頻調(diào)速的發(fā)展方向之一。雙三相感應電機控制系統(tǒng)為其典型代表。傳統(tǒng)的雙三相感應電機SVPWM算法，因涉及較多的扇區(qū)判斷、三角函數(shù)計算和平方根運算，其計算與實現(xiàn)較為復雜。為此，國內(nèi)外學者研究了大量改進算法。其中，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的分類算法已經(jīng)應用在控制系統(tǒng)中，并且取得了較好的效果。其思想是按照預先指定的分類標準，將輸入信號通過固定的訓練模式進行分類、比較，最終得到較理想的輸出特性。
此處首先分析了分類算法的SVPWM原理。其次，采用基于分類算法的SVPWM控制算法，搭建了六相逆變器的SVPWM模型，并對其進行了基于DSP的實驗驗證。

2 基于分類算法的SVPWM原理
傳統(tǒng)的三相VSR電壓的作用方式及合成原理如圖1所示。

定義調(diào)制度為：

式中：‖ur‖為參考相電壓幅值；Udc為逆變器直流母線電壓。
傳統(tǒng)的SVPWM算法較為復雜。分類算法的思想是按照一定的分類標準，將輸入?yún)⒖夹盘柾ㄟ^固定的訓練模式進行分類和比較，并得到較理想的輸出特性。由于所有進行分類的網(wǎng)絡權(quán)值都已知，因此無需對其進行訓練。
比較網(wǎng)絡訓練完成后，在輸入層輸入標幺化的輸入?yún)⒖茧妷菏噶?，則該網(wǎng)絡中間節(jié)點的值為：
net=U·W=‖U‖W‖cosθ (2)
由于輸入矢量和權(quán)值矢量均為標幺化，中間節(jié)點的值可由上述兩個矢量夾角的余弦決定。贏得比較的矢量是最靠近輸入矢量的，即比較結(jié)果最大的那個中間節(jié)點會贏得比較。
與傳統(tǒng)的SVPWM相比，基于分類算法的SVPWM算法簡單、精確。參考電壓矢量經(jīng)過6個線性單元計算后，其結(jié)果被送入比較網(wǎng)絡進行處
理。其中第k個計算單元為：
nk=‖ur‖‖uk‖cos(∠ur，uk)，k=1，2…6 (3)
通過判斷計算比較單元的兩個最大輸出值ni與ni+1，即可確定出用來合成參考電壓矢量的基矢量ui與ui+1。式(3)計算ni的方法是非線性的，實際應用中一般采用文獻的方法進行線性化處理。綜上所述，可得基于分類算法的SVPWM原理框圖如圖2所示。

3 基于分類算法的六相逆變器SVPWM
針對雙繞組的中性點不連接的雙三相電機所需的六相逆變器，將其分成兩個獨立切換的三相逆變器，并將開關(guān)矢量映射到逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)中，如圖3所示。

這樣將簡化選擇開關(guān)矢量和計算作用時間。從這一角度出發(fā)，六相逆變器SVPWM控制就是要合成兩個幅值相同，相位相差30°的參考矢量。此時，可將同一個參考矢量應用到兩個調(diào)制器中，只要將一個調(diào)制器的開關(guān)矢量順時針移30°，即可用到另一個調(diào)制器中，如圖4所示。由圖中的兩個六邊形可以看出，ABC繞組的矢量圖與abc繞組的矢量圖并不相同。故在一個開關(guān)周期內(nèi)，兩個繞組的開關(guān)矢量選擇和作用時間也不同。通過分類算法的SVPWM可使ABC繞組運行在過調(diào)制區(qū)域，同樣可對abc繞組作類似控制。

結(jié)合上述分析，可得基于分類算法的雙三相感應電機SVPWM控制框圖如圖5所示。

4 實驗驗證
使用TMS320F2812型DSP實現(xiàn)所提出的雙三相SVPWM方法，圖6示出實驗波形。

開關(guān)頻率5 kHz，電機額定功率3 kW，額定頻率50 Hz，額定轉(zhuǎn)速970 r·min-1。圖6a，b為CCS環(huán)境下觀察的相電壓調(diào)制波波形與電機轉(zhuǎn)子角度，圖6c為雙三相電機線電壓和電流波形。由實驗結(jié)果可見，所提出的基于分類算法雙三相電機SVPWM可使電機運行較為平穩(wěn)。

5 結(jié)論
此處首先分析了分類算法的SVPWM原理。其次，采用了基于分類算法的SVPWM控制算法，搭建了六相逆變器的SVPWM模型，并對其進行了基于DSP的實驗驗證。實驗結(jié)果證明了所使用多相電機分類算法SVPWM的有效性，其方法還可進一步擴展到更多相數(shù)的多相電機中。