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.實驗結果驗證了該控制算法的有效性.

關鍵詞: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速系統(tǒng)具有可靠性高、轉矩脈動小、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,國內外學者研究了大量改進算法.其中,基于人工神經網絡的分類算法已經應用在控制系統(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,將輸入參考信號通過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絡權值都已知,因此無需對其進行訓練.

比較網絡訓練完成后,在輸入層輸入標幺化的輸入參考電壓矢量,則該網絡中間節(jié)點的值為:

net=U·W=‖U‖W‖cosθ (2)

由于輸入矢量和權值矢量均為標幺化,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.參考電壓矢量經過6個線性單元計算后,其結果被送入比較網絡進行處理.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,并將開關矢量映射到逆變器的拓撲結構中,如圖3所示.

這樣將簡化選擇開關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制器中,只要將一個調制器的開關矢量順時針移30°,即可用到另一個調制器中,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.故在一個開關周期內,兩個繞組的開關矢量選擇和作用時間也不同.通過分類算法的SVPWM可使ABC繞組運行在過調制區(qū)域,同樣可對abc繞組作類似控制.

結合上述分析,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.

開關頻率5 kHz,電機額定功率3 kW,額定頻率50 Hz,額定轉速970 r·min-1.圖6a,b為CCS環(huán)境下觀察的相電壓調制波波形與電機轉子角度,圖6c為雙三相電機線電壓和電流波形.由實驗結果可見,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.

[1].Udcdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Udc_1172741.html.
[2].ABCdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ABC_2278633.html.
[3].TMS320F2812datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/TMS320F2812_1116432.html.