1 引言
三相感應電機的磁場定向是矢量控制系統(tǒng)中的關鍵問題，只有準確觀測出轉子磁通矢量的位置和幅值，才能將定子電流矢量變換到沿轉子磁場定向的旋轉坐標系上，從而實現(xiàn)對轉子磁通的矢量控制[1][2]。
在進行轉子磁鏈觀測時，輸出電壓參數(shù)必不可少，由于電壓傳感元件成本高，因此大多采用直流母線電壓和開關管狀態(tài)來估計輸出電壓。但是由于死區(qū)效應和開關管非線性影響，必然導致輸出電壓估計不準，從而影響磁鏈觀測精度。因此，本文在分析輸出電壓估計過程基礎上，著重研究影響輸出電壓估計誤差的因素。
2 輸出電壓估計[3]
三相電機的相電壓(van,vbn,vcn)可由直流母線電壓(vdc)與逆變器的三個上開關管函數(shù)(t1,t3,t5)計算得出，系統(tǒng)如圖1所示。
電動機三相電壓可表示為:
將式(1)相加得:
由于電機接成三相制無中線且三相繞組對稱，則
代入式(2)有
因此，電機中點電壓可由式(2)，(3)得
則可得各相相電壓為
而va,vb,vc和直流母線電壓(vdc)與逆變器的三個上開關管函數(shù)(
)關系為
其中t1、t3、t5表示對應開關管在一個開關周期ts內的瞬時給定相電壓占空比。由式(5)，(6)可得
3 輸出電壓估計的影響因素
式(7)為輸出電壓估計的理想情況，由于開關管為非理想器件，因此人為設定的死區(qū)時間td、開關器件的開通時間ton和關斷時間toff以及器件的導通壓降都會造成輸出電壓估計不準，如圖2所示。
圖1 電壓源逆變器主電路圖
由圖1所示，當電流流向負載，上管導通時存在開關器件導通壓降vsat，下管續(xù)流時存在二極管導通壓降vd。由圖2(b)、(c)和(d)可知，假設對輸出電壓誤差進行準確補償，則根據參考電壓伏秒面積等于補償后電壓伏秒面積原則，可以推導出a相誤差電壓為[4][5]:
式中: vsat—開關器件導通壓降;
vd—二極管導通壓降;
ts—開關周期。
同理，當電流由負載流向電源時，可以求出
因此，可得a相電壓為:
式中，sign為輸出電流的符號函數(shù)。
為了減小輸出電壓誤差，因此可以加入與誤差電壓相當?shù)难a償項γ×δv，則
同理，b相電壓為
c相電壓為
其中γ(0≤γ≤1)表示誤差電壓補償系數(shù)。由式(8)、(9)、(10)可知，當開關周期固定，直流母線電壓為恒值時，輸出電壓估計誤差隨著死區(qū)時間的增大而增大，而與開關器件的非線性關系則是相對固定的。因此通過適當加入補償項，可以減小輸出電壓估計誤差。
4 實驗結果
在上述理論分析基礎上，將其應用于以數(shù)字信號處理器tms320f240為核心的矢量控制系統(tǒng)中，制作了一臺樣機。電機參數(shù)如下:
igbt型號為bsm35gd120dn2，典型開通時間為120ns，關斷時間為450ns，vsat為2.7v，vd為2.3v。
圖3是誤差電壓補償系數(shù)γ=0.85時，串行d/a經濾波后的靜止坐標系α、β軸輸出電壓估計波形，由于表示α、β軸輸出電壓分量的兩路d/a電路參數(shù)存在不一致現(xiàn)象，因此輸出電壓幅值略有不同。
圖3 50hz穩(wěn)態(tài)時輸出電壓補償后的估計波形(γ=0.85)
圖4為設定死區(qū)時間td=5μs不變，只改變γ值進行測量的數(shù)據曲線(順序由下至上依次為曲線①②③④)，橫坐標為輸出頻率，縱坐標為輸出電壓幅值誤差占參考輸出電壓幅值的比例，參考輸出電壓由實測的定子電壓獲得。曲線①、②、③、④分別表示γ=0.85，γ=0.5，γ=1和γ=0時的輸出電壓情況。由圖4可見，曲線④是完全沒有補償?shù)那闆r，輸出電壓估計誤差較大;曲線③是補償系數(shù)最大的情況，這是由于補償過度而造成的輸出電壓估計誤差較大;曲線①是誤差較小的情況，說明在相同的死區(qū)時間條件下，適當?shù)难a償系數(shù)可以減小輸出電壓估計誤差。
圖4 不同γ值時的輸出電壓估計誤差曲線
5 結束語
通過理論分析與實驗可知，利用直流母線電壓和三相逆變器開關管狀態(tài)可以對輸出電壓進行估計，但易受開關管非線性特性和死區(qū)效應的影響，而導致輸出電壓估計出現(xiàn)誤差，因此必須對其進行補償，從而獲得較好的估計結果。
：鞏經理
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