[发明专利]针对变频电机的控制算法在逆变器的电路实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制领域，特别涉及一种针对变频电机的控制算法在逆变器控制电路实现方法。

背景技术

随着逆变器技术的发展，多电平逆变器逐渐成为高功率高电压的最有效的解决方案。多电平拓扑结构有一下几个优点：（1）大大减小了功率器件的开关应力；（2）对交流电压有较小的谐波失真；（3）与两电平拓扑结构相比，具有较小的开关损失。多电平逆变器主要有三种拓扑结构：NPC结构、级联H-桥结构、电容嵌位结构。其中，NPC结构应用最为广泛，如图1所示，其为NPC结构的N电平逆变器包含的功率开关管结构示意图，由图可见，每一个桥臂上有N-1个功率开关管，相电压输出电平与每个功率开关管的开关关系如下：

当第一相输出电压为N-1、其他两相输出电压为0时，功率开关管+S11、+S12、…、+S1(N-1)、-S21、-S22、…、-S2(N-1)、-S31、-S32、…、-S3(N-1)处于导通状态，功率开关管-S11、-S12、…、-S1(N-1)、+S21、+S22、…、+S2(N-1)、+S31、+S32、…、+S3(N-1)处于截止状态；

当第一相输出电压为N-2、其他两相输出电压为0时，功率开关管+S12、+S13、…、+S1(N-1)、-S11、-S21、-S22、…、-S2(N-1)、-S31、-S32、…、-S3(N-1)处于导通状态，功率开关管+S11、-S12、…、-S1(N-1)、+S21、+S22、…、+S2(N-1)、+S31、+S32、…、+S3(N-1)处于截止状态；

当第一相输出电压为N-3、其他两相输出电压为0时，功率开关管+S13、+S14、…、+S1(N-1)、-S11、-S12、-S21、-S22、…、-S2(N-1)、-S31、-S32、…、-S3(N-1)处于导通状态，功率开关管+S11、+S12、-S13…、-S1(N-1)、+S21、+S22、…、+S2(N-1)、+S31、+S32、…、+S3(N-1)处于截止状态；

当第一相输出电压为1、其他两相输出电压为0时，功率开关管+S1(N-1)、-S11、-S12、…、-S1(N-2)、-S21、-S22、…、-S2(N-1)、-S31、-S32、…、-S3(N-1)处于导通状态，功率开关管+S11、+S12、…、+S1(N-2)、-S1(N-1)、+S21、+S22、…、+S2(N-1)、+S31、+S32、…、+S3(N-1)处于截止状态；

当第一相输出电压为0、其他两相输出电压也为0时，功率开关管-S11、-S12、…、-S1(N-1)、-S12、-S21、-S22、…、-S2(N-1)、-S31、-S32、…、-S3(N-1)处于导通状态，功率开关管+S11、+S12、…、+S1(N-1)、+S21、+S22、…、+S2(N-1)、+S31、+S32、…、+S3(N-1)处于截止状态。

由上可见，为了实现对电机的变频调速控制，主要的控制算法有电压调速的SPWM法、电流跟踪法和空间矢量法。每一种算法都是控制逆变器按照一定顺序和状态来实现的。

现以“电压空间矢量控制”为例，加以说明。在电压空间矢量控制算法中，在定子三相绕组中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°角度，定子相电压UAO、UBO、UCO分别加在三相绕组上，定义三个电压空间矢量UAO、UBO和UCO，方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律变化，时间、相位互差120°。与电机原理中三相脉动磁动势相加产生合成的旋转磁动势相仿，三相电压空间矢量相加的合成空间矢量u是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的3/2倍；异步电机的三相对称绕组由三相平衡正弦电压供电时，对每一相都可以写出它的电压方程式。三相合起来，用合成空间矢量表示定子的电压方程式为：

u＝R₁I₁+dψ₁/dt    (1)

式中u为定子三相电压合成空间矢量；I1为定子相电流合成空间矢量；ψ1为定子三相磁链合成空间矢量。

当转速不是很低时，定子电阻压降较小，定子电压与磁链的近似关系为：

u≈dΨ₁/dt    (2)

上式表明，电压空间矢量的大小等于ψ1的变化率，而且方向则与ψ1的运动方向一致。

在由三相平衡正弦电压供电时，电机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转。磁链矢量顶端的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场。表征定子磁链的矢量: