基于分類(lèi)算法的雙三相感應(yīng)電機(jī)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(jì)算和平方根運(yùn)算,其算法較為復(fù)雜.在此首先分析了基于分類(lèi)算法的SVPWM的基本原理及其在計(jì)算效率上的優(yōu)勢(shì).針對(duì)雙三相感應(yīng)電機(jī)控制的特點(diǎn),提出基于分類(lèi)算法的六相逆變器SVPWM控制算法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制算法的有效性.

關(guān)鍵詞:感應(yīng)電機(jī);雙三相;分類(lèi)算法;數(shù)字信號(hào)處理器

1 引言

多相感應(yīng)電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)具有可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、同等電壓下功率更大等優(yōu)點(diǎn),是大功率交流變頻調(diào)速的發(fā)展方向之一.雙三相感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)為其典型代表.傳統(tǒng)的雙三相感應(yīng)電機(jī)SVPWM算法,因涉及較多的扇區(qū)判斷、三角函數(shù)計(jì)算和平方根運(yùn)算,其計(jì)算與實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜.為此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了大量改進(jìn)算法.其中,基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)算法已經(jīng)應(yīng)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(yù)先指定的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),將輸入信號(hào)通過(guò)固定的訓(xùn)練模式進(jìn)行分類(lèi)、比較,最終得到較理想的輸出特性.

此處首先分析了分類(lèi)算法的SVPWM原理.其次,采用基于分類(lèi)算法的SVPWM控制算法,搭建了六相逆變器的SVPWM模型,并對(duì)其進(jìn)行了基于DSP的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.

2 基于分類(lèi)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(xiàn)電壓.

傳統(tǒng)的SVPWM算法較為復(fù)雜.分類(lèi)算法的思想是按照一定的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),將輸入?yún)⒖夹盘?hào)通過(guò)固定的訓(xùn)練模式進(jìn)行分類(lèi)和比較,并得到較理想的輸出特性.由于所有進(jìn)行分類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值都已知,因此無(wú)需對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練.

比較網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成后,在輸入層輸入標(biāo)幺化的輸入?yún)⒖茧妷菏噶?則該網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)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(biāo)幺化,中間節(jié)點(diǎn)的值可由上述兩個(gè)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(gè)中間節(jié)點(diǎn)會(huì)贏得比較.

與傳統(tǒng)的SVPWM相比,基于分類(lèi)算法的SVPWM算法簡(jiǎn)單、精確.參考電壓矢量經(jīng)過(guò)6個(gè)線(xiàn)性單元計(jì)算后,其結(jié)果被送入比較網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理.其中第k個(gè)計(jì)算單元為:

nk=‖ur‖‖uk‖cos(∠ur,uk),k=1,2…6 (3)

通過(guò)判斷計(jì)算比較單元的兩個(gè)最大輸出值ni與ni+1,即可確定出用來(lái)合成參考電壓矢量的基矢量ui與ui+1.式(3)計(jì)算ni的方法是非線(xiàn)性的,實(shí)際應(yīng)用中一般采用文獻(xiàn)的方法進(jìn)行線(xiàn)性化處理.綜上所述,可得基于分類(lèi)算法的SVPWM原理框圖如圖2所示.

3 基于分類(lèi)算法的六相逆變器SVPWM

針對(duì)雙繞組的中性點(diǎn)不連接的雙三相電機(jī)所需的六相逆變器,將其分成兩個(gè)獨(dú)立切換的三相逆變器,并將開(kāi)關(guān)矢量映射到逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,如圖3所示.

這樣將簡(jiǎn)化選擇開(kāi)關(guān)矢量和計(jì)算作用時(shí)間.從這一角度出發(fā),六相逆變器SVPWM控制就是要合成兩個(gè)幅值相同,相位相差30°的參考矢量.此時(shí),可將同一個(gè)參考矢量應(yīng)用到兩個(gè)調(diào)制器中,只要將一個(gè)調(diào)制器的開(kāi)關(guān)矢量順時(shí)針移30°,即可用到另一個(gè)調(diào)制器中,如圖4所示.由圖中的兩個(gè)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(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),兩個(gè)繞組的開(kāi)關(guān)矢量選擇和作用時(shí)間也不同.通過(guò)分類(lèi)算法的SVPWM可使ABC繞組運(yùn)行在過(guò)調(diào)制區(qū)域,同樣可對(duì)abc繞組作類(lèi)似控制.

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

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

使用TMS320F2812型DSP實(shí)現(xiàn)所提出的雙三相SVPWM方法,圖6示出實(shí)驗(yàn)波形.

開(kāi)關(guān)頻率5 kHz,電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子角度,圖6c為雙三相電機(jī)線(xiàn)電壓和電流波形.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),所提出的基于分類(lèi)算法雙三相電機(jī)SVPWM可使電機(jī)運(yùn)行較為平穩(wěn).

5 結(jié)論

此處首先分析了分類(lèi)算法的SVPWM原理.其次,采用了基于分類(lèi)算法的SVPWM控制算法,搭建了六相逆變器的SVPWM模型,并對(duì)其進(jìn)行了基于DSP的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所使用多相電機(jī)分類(lèi)算法SVPWM的有效性,其方法還可進(jìn)一步擴(kuò)展到更多相數(shù)的多相電機(jī)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.