多电平技术在直接转矩控制系统中的应用研究
来源： 作者： 发布时间：2015-05-02 09:35:08 浏览量：4 控制系统设计
图4为设计的插件电感三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统的整体框架图。
系统硬件由整流模块、异步电机、二极管箝位三电平逆变器、DSP、电流与电压检测电路、速度反馈电路构成。DSP芯片是整个系统的核心，一方面需要完成速度、电压、电流检测，并进行数字滤波；另一方面又要根据系统的运行情况进行实时计算，适时发送PWM控制信号来控制逆变器的开通与关断，在充分发挥三电平逆变器性能的基础上，实现对异步电机的直接转矩控制。
整个调速系统中，异步电动机为主要控制对象，所采用实验样机主要参数为：额定电压220V；额定电流0．55A；额定转速1420 r·min-1耦合电感器；额定功率100 W；极对数为2。
二极管箝位三电平逆变器主电路设计时要防止每个桥臂在1→0→-1切换过程中出现短路的情况。在状态1时，开关管VTa1，VTa2导通，VTa3，VTa4关断，而在0状态时，VTa2，VTa3导通，VTa1，VTa4关断；从状态1切换到状态0时，关断VTa1，同时开通VTa3；实际中由于开关管的开通与关断需要一定的时间，若器件选择不好，就可能导致VTa1，VTa2，VTa3同时开通，造成直流母线的正端P与中点Q之间的短路。为了避免这种情况的发生，可以采用IRF450型MOSFET，该管是压控型器件，输入电流很小，输入阻抗很高，其单极性载流子的工作特性使其具有很高的开关速度和工作频率，驱动电路简单，易于控制。
此课题在设计过程中很多环节都留有一定裕量，每个开关管都反并联一个快速恢复二极管HFA25TB60，作为续流二极管。箝位二极管采用的也是HFA25TB60。直流母线侧采用两个2 200μF／450 V电解电容，每个电容都并联一个功率电阻，一方面起到均压作用，另一方面在逆变器停止工作电感生产时为电容上存储的电荷提供释放通路。
5 实验结果与分析
绕线式异步电动机参数为：极对数为2，额定功率100 W，额定电压220 V，额定电流0．55 A，额定转速1 442 r·min-1；直流发电机参数为：额定功率185 W，额定电压220 V，额定电流1．1 A；单相调压器参数为：容量3 kW，输入电压220 V，输出电压0～250 V；仿真器采用SEED-XDSPP。
实验测试波形控制周期为100μs，直流母线电压为150 V。在实验过程中，利用直接转矩控制产生的磁链与转矩的控制信号以及中点电压控制信号，查询设计好的开关状态表，然后更新DSP比较寄存器的值，实现电机的控制。
电机在给定转速为500 r·min-1_时a，b两相间线电压uab的波形如图5a所示。由图可知，三电平逆变器输出的线电压有5种电平状态，与传统的两电平逆变器相比，谐波含量较低，更接近于正弦波。图5b示出uab的放大波形。由于在控制过程中，合理地安排了电压矢量的作用顺序，避免了过高的du／dt的出现。
对系统进行了负载实验，如图6a所示，系统在突加负载时转速有一个明显下降过程，经过短暂调节之后，系统进入稳态，转速仍能按照给定转速运行。图6b给出了这个过程中电流的变化波形，可见，在负载增大后，为保证电机的转速不变，电机电磁转矩增大，定子电流增加。
6 结论
二极管筘位三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统的设计为直接转矩控制以及多电平逆变器交流传动控制积累了一定的经验，系统的硬件电路以及软件程序都为其他设计者提供了功率电感一个参考。上述研究实验结果表明，多电平技术与空间矢
量控制技术相结合，可以减小转矩波动。但在矢量合成方法的选择方面还可以进一步优化，并且同时引入智能控制方法，实现系统的更优控制。
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这是原始电路：
uc3842_fb_org
这是我调整之后的电路：
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