西安交通大学

李俊田

侯立军

苏彦民

摘要:文章阐述了利用三相逆变器的直流电流构造三相输出电流的方法,并针对死区时间对电流构造的影响进行了详细分析,最后给出了利用2种解决办法所得的电流构造结果。

关键词:电流检测

S V P WM

逆变器

R e s e a r c ho nT h r e e P h a s e C u r r e n t Me a s u r e m e n t f r o m D CL i n e o f S V P WM I n v e r t e r

L i J u n t i a n H o uL i j u n S uY a n m i n

A b s t r a c t :T h i s p a p e r e x p a t i a t e s t h e m e t h o do f r e c o m b i n i n gt h e t h r e e p h a s e c u r r e n t s u s i n gt h e D Cc u r r e n t s ,a n dt h e i n f l u e n c e o f d e a dt i m e o nt h e c u r r e n t s r e c o m b i n a t i o ni s d i s c u s s e d .A t t h e e n d ,t h e s i m u l a t i o nr e s u l t s o f t w om e t h o d s a r e g i v e n

.K e y w o r d s :c u r r e n t m e a s u r e m e n t S V P WM

i n v e r t e r

1引言

在三相电动机的变频调速系统中,为了得到更好的控制性能,很多控制策略都需要电动机的

三相输出电流[1]

。而最简单的获取三相电流的方

法就是直接检测,

一般是检测其中两相电流,利用三相电流的和为0(I a +I b +I c

=0)来获取另一相的电流值。由于电流检测需要隔离的原因,这种检测方法成本很高。另一种方法是检测直流母线电流,

由该检测电流结果构造出实际的三相输出电流[2];

这种方法成本低,但是相对复杂一些。本文在分析利用直流电流获取三相输出电流的基础上,着重分析了死区时间对电流获取的影响以及解决办法,

并给出了仿真的实验结果。2由直流电流获取输出电流的方法

2.1基本原理

在数字控制的变频调速系统中,三相逆变器的开关状态是由微处理器或D S P 等芯片控制的,这种情况下,根据不同的逆变器开关状态,可以得到母线电流与三相输出电流之间的关系。图1为三相逆变器的电路图,众所周知,三相逆变器有8种开关状态(180º导通方式而言),其中2个开关状态(000)和(111)

为零电压矢量作用状态,此时,电机负载的3个绕组自成环路进行续流,主电路

的直流侧没有电流。其余6种非零电压矢量作用

时,分别可以检测1相电流。假设直流电流为I d c ,则有:

当(100)矢量作用时,I d c =I a

;当(011)矢量作用时,I d c =-I a ;当(010)矢量作用时,I d c =I b ;当(101)矢量作用时,I d c =-I b ;当(001)矢量作用时,I d c =I c ;当(110)矢量作用时,I d c =-I c

;当(111)矢量作用时,I d c

=0;当(000)矢量作用时,I d c

=0。这样,当开关频率比较高时,可以通过在每1个非零电压矢量作用期间检测直流电流,来分别

获得三相电流。

桥臂的直通现象,要在控制信号上加入一定的延迟时间(控制死区时间),这也会造成逆变器输出与输入信号之间的偏移。

一般情况下,控制死区时间要大的多,所以本文只对控制死区时间而言,并用T d 代表控制死区时间。对逆变器的任意一相桥臂而言,

上桥臂导通时,该开关状态用1表示,下桥臂导通时用0表示,在死区时间T d 内,逆变器同一相的上下桥臂都处于关闭状态,我们用x 代表该状态,例如101切换到100状态之间的死区时间内为10x 的作用状态。

在死区时间内,母线电流与三相电流之间的关系会变得比较复杂,下面以1个开关周期内的开关状态的切换为例进行分析:000→100→101→111→101→100→000,并假设该段时间内I a >0,I b >0,I c

<0[3]

。1)000→100。000状态时,A 、B 两相由下桥臂的续流二极管续流,A 、B 、C 三相自成环路续流,直流侧没有电流,此时不进行检测。死区时间内为x 00状态,此时,A 相下桥臂的触发信号撤消,由于000状态T a 根本没有导通过,故此时直流母线上仍然没有电流(I d =0),若此时检测A 相电流,检测值为0,即误认为I a =0。2)100→101。100状态时,逆变器有2个电流环路,一个是T a +→L a →L c →T c →V d 供电环路,另一个是D b -→L b →L c →T c →D b -的续流环路。死区时间内10x 作用,这时C 相下桥臂触发信号撤消,C 相电流通过D c +续流,此时仍有2个电流环路,分别为:环路T a +→L a →L c →D c +→T a +和环路

D b -→L b →L c →D c +→V d →D b -,这种情况下直流电流为:I d c =-I b

,若这个死区时间内进行检测B 相电流,结果是正确的。3)101→111。101状态时,逆变器有2个电流环路:T a +→L a →L c →D c +→T a +和D b -→L b →L c →D c +→V d →D b -;

死区时间内为1x 1作用,即B 相的下桥臂触发信号撤消,但是B 相下桥臂根本没导通,所以电流仍然通过上述2个环路导通,即有:I d c =-I b 。但是一般零电压矢量作用时不进行电流检测。

4)111→101。111状态时,电流通过T a +,T b +及D c +进行续流,直流母线上没有电流。死区时间内1x 1作用,此时B 相上桥臂的触发信号被撤消,电流则流过如下2个环路:T a +→L a →L c →D c +→T a +和D b -→L b →L c →D c +→V d →D b -,这时直流电流为:I d c =-I b

。若此时进行检测B 相电流,结果正确。

5)101→100。101状态时,

逆变器有2个电流环路:T a +→L a →L c →D c +→T a +和D b -→L b →L c →D c +→V d →D b -,此时直流电流为B 相电流的负值。死区时间内为10x 作用,C 相的上桥臂触发信号被撤消,由于T c +根本没导通,所以电流仍然为上面2个环路,若此时检测A 相电流,则误将B 相电流认为是A 相电流。

6)100→000。100状态时,

逆变器有2个电流环路:T a +→L a →L c →T c -→V d 和D b -→L b →L c →T c -→D b -。死区时间内x 00作用,这时A 相的上桥臂触发信号被撤消,电流通过D a -,D b -和T c -续流,直流电流为0,同样,一般零电压矢量作用时不进行电流检测。

可见,在死区时间内进行电流检测和构造,有些情况下是正确的,有些情况下是错误的,若在死区时间内盲目进行检测是不能保证检测的准确性

的。

另一种方法是在死区时间内不予检测,可

避免死区时间内检测结果的偏差,但是若在低频低压输出或参考电压矢量U s 与一个逼近它的电

压矢量非常接近(

此时另一个非零电压矢量的作用时间很短)的情况下,总会有非零矢量的作用时间T a c t i v e 很小,若该时间小于t d

,则该矢量作用时根本无法检测直流电流来获取输出电流。

针对这一情况,可以作如下考虑:电流的检测和构造不在相应非零矢量作用的每1次都进行,例如非零矢量U 1每作用5次,则进行1次相应电流的构造,若在检测的周期内,1个非零矢量(U 1)的作用时间t m 小于t d ,则使该非零电压矢量的作用时间t m =t d ,在另外的几个周期内对U 1作用时间进行补偿,假设另外4个U 1矢量作用时间的补偿值为t c 则有

4t c =t d -t m

这样既可以保证在任何情况下都可以采用该方法进行三相电流的获取,又保证了P WM 作用

的正确性。

3仿真实验与结果

利用MA T L A B 仿真软件,构造图3所示仿真系统,图3中脉宽调制信号是由MA T L A B

F C N 函数模块产生的,是用S V P WM 方法编制的程序;三相电流的构造由另一个MA T L A B F C N 函数模块完成;I N V E R T E R 为三相逆变器的仿真模块,异步电机作为负载模块。选择电机参

数为:额定功率3×746=2238W ,

额定线电压220V ,额定频率60H z ,定子电阻0.435Ω,

定子电感0.004H ,转子电阻0.816Ω,转子电感0.002

H ,逆变器死区时间取8µs

,直流母线电压300V

。是另人满意的。

:1999-12-12

1电气传动

2002年第2================================================================期下载本文