多電平變頻器無(wú)速度傳感器直接轉矩控制的研究

根據上述思想進(jìn)行擴展，對于n級H橋級聯(lián)的逆變器，可以等價(jià)為2n個(gè)單元的組合變流器，相鄰的兩級H橋單元同一側橋臂的采樣時(shí) 刻應相互錯開(kāi)Ts/2n。

由上述分析可以得到在n級H橋級聯(lián)型逆變器中應用錯時(shí)采樣調制策略的實(shí)現方法。只要根據傳統兩電平空間矢量算法得出某一級H橋中三個(gè)同側橋臂的驅動(dòng)信號，系統中其它各開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號即可通過(guò)相應的延時(shí)得到。兩電平空間矢量算法在主控制器中進(jìn)行，延時(shí)可通過(guò)在主控制器外增加硬件單元來(lái)實(shí)現。這樣就大大減輕了主控制器的負擔，能夠適應快速實(shí)時(shí)控制的要求。

STS-SVM中，系統總體輸出電壓矢量的安排是自動(dòng)完成的，由兩電平空間矢量算法得出的各個(gè)橋臂觸發(fā)波形自身具有對稱(chēng)性和均衡性，因此總體開(kāi)關(guān)負荷也是均衡的。

4 STS-SVM無(wú)速度傳感器DTC系統

相對于普通的多電平空間矢量算法，STS-SVM控制算法簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)負荷均衡，使得主控制器實(shí)現復雜的無(wú)速度傳感器直接轉矩控制等算法成為可能。

圖3為基于STS-SVM的級聯(lián)多電平無(wú)速度傳感器DTC控制系統的總體結構。圖中速度調節器、轉矩調節器、磁鏈調節器均為比例積分調節，轉矩調節器需要在PI調節前采用限幅，以免過(guò)大的轉矩誤差造成過(guò)電流沖擊。系統總采用STS-SVM模塊產(chǎn)生PWM波控制逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，摒棄了復雜的開(kāi)關(guān)矢量表。另外，由于未使用滯環(huán)比較，系統的采樣頻率是固定的，更易于數字實(shí)現。

圖3 基于STS-SVM的無(wú)速度傳感器DTC系統結構

4.1 STS-SVM調制的多電平逆變器

此處，多電平逆變器為圖4（a）所示的三級H橋級聯(lián)型拓撲。STS-SVM模型中的驅動(dòng)信號的產(chǎn)生通過(guò)兩電平空間矢量算法得出的調制波與各個(gè)開(kāi)關(guān)管對應的三角波進(jìn)行比較來(lái)獲得，如圖4（b）所示。各個(gè)三角載波存在一定的移相關(guān)系，這樣就等效地實(shí)現了采樣周期的相互錯開(kāi)。

(a) 三級級聯(lián)多電平逆變器主電路

(b)STS-SVM驅動(dòng)信號產(chǎn)生單元
圖4 級聯(lián)多電平主電路與PWM產(chǎn)生單元

4.2 磁鏈與轉矩觀(guān)測

定子磁鏈的估計大體上可以分為三種模型，即u-i模型，i-n模型，u-n模型。其中u-i模型中磁鏈表達式為
（1）
其中，，us，is，Rs分別為定子磁鏈、電壓、電流值與定子電阻值，可見(jiàn)，u-i模型觀(guān)測定子磁鏈無(wú)需轉速信息，唯一所需了解的電動(dòng)機參數是定子電阻Rs，因此十分適合在此處應用。