鄧智城　王鵬飛　劉慧明

矢量控制算法和SVPWM已經(jīng)被廣泛運用于大多數(shù)的伺服系統(tǒng)。但是在實際實現(xiàn)算法的過程電壓源逆變器需要死時間來防止短路，從而導(dǎo)致定子磁通矢量的偏移，當(dāng)從編碼器提供的機械角度推導(dǎo)出電角度時，可能會進一步導(dǎo)致誤差。本文研究了死區(qū)效應(yīng)的影響，提出了一種導(dǎo)出定子機械與電角關(guān)系的方法，并對改進前后的性能進行了分析。該方法在主要輸出電壓幅值較低、負(fù)載輕的情況下有效。

1 簡介

對于驅(qū)動永磁同步電動機，準(zhǔn)確檢測氣隙磁場的位置是非常重要的。一般來說，我們認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁場的位置相當(dāng)于氣隙磁場的位置，特別是當(dāng)定子電流相對較小時。只有通過準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子位置和電角度，才能正確地實現(xiàn)park變換。如果轉(zhuǎn)子位置檢測不準(zhǔn)確，將無法在d- q軸上正確獲得電流，這可能使電流環(huán)的精度降低。摘要利用空時效應(yīng)的聯(lián)合作用，逆變器的輸出電壓矢量往往會偏離根據(jù)SVPWM算法合成的定子磁場矢量的方向和大小，這可能會引起轉(zhuǎn)矩脈動，特別是當(dāng)電機低速運行時。本文試圖通過測量每個磁編碼器返回值的機械角度所對應(yīng)的電位角來建立數(shù)據(jù)表，以提高SVPWM的性能和電流檢測以減少轉(zhuǎn)矩波動。

2 死區(qū)效應(yīng)簡介

死區(qū)效應(yīng)已得到充分研究。由于開關(guān)設(shè)備總是有一個有限的開關(guān)時間，所以在計算PWM門控信號時應(yīng)該考慮到死時間，以防止同一條橋上的兩個開關(guān)設(shè)備短路。然而，雖然死區(qū)時間很短，但當(dāng)逆變器的輸出電壓也很小的時候，與實際驅(qū)動時間相比，死區(qū)時間不能被忽略。

2.1 死區(qū)效應(yīng)在一相橋臂上的作用

通過分析PWM逆變器的單相死區(qū)效應(yīng)，我們可以將結(jié)果擴展到所有三相橋臂上。在死區(qū)時間Td，兩種開關(guān)元器件在一個階段的橋臂都不導(dǎo)通，因為電感的作用，電流不能突然中斷，它會產(chǎn)生額外電壓，直到開關(guān)元件中的體二極體被直接偏置，并允許續(xù)流電流流過。如果當(dāng)前的極性是正的，即電流從逆變器進入電機時，下橋MOS上的體二極管將會導(dǎo)通。失真電壓可以用以下公式表示。

否則，上橋上的二極管就會導(dǎo)電。

可以看出，輸出電壓的偏差取決于a相電流的方向，輸出電壓的偏差取決于a相電流的方向。

2.2 三相上的死區(qū)作用

由于三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對稱性，并且假設(shè)所有三腳上的開關(guān)設(shè)備都是相同的。所以在B和C相的死區(qū)效應(yīng)和它在A相中的作用是一樣的。

2.3 死區(qū)補償

死區(qū)效應(yīng)可以被看作是在理想的電壓輸出上疊加一個電壓偏差。最直接的補償方法是產(chǎn)生相反的電壓輸出。因此實際輸出可以近似參考輸出。三相補償電壓可以用下列公式表示。

2.4 死區(qū)補償?shù)木窒扌?/p>

上面提到的補償方法假設(shè)每相的電流不變。然而，當(dāng)輕載時，每相的電流都很小，可能無法保持二極管在死區(qū)時間內(nèi)導(dǎo)通。這可能會在運行時帶來額外的誤差。

3 在運用死區(qū)補償?shù)幕A(chǔ)上更加檢測逆變器實際給出的電壓矢量的方法

通過實驗發(fā)現(xiàn)，機械角度和電角度之間的關(guān)系不是嚴(yán)格線性的，大致可以看成是6部分。因為如果負(fù)載是輕的，那么三個相中的一個的電流的極性是不穩(wěn)定的，所以死時效應(yīng)的補償可能是大的或太小的，特別是當(dāng)電流的極性要改變的時候。根據(jù)這一現(xiàn)象，我們可以在不同的負(fù)載情況下進行相同的測試，并檢查機械角度與電角度之間的關(guān)系。我們收集數(shù)據(jù)，做一個表格，最后發(fā)現(xiàn)它的改進。我們發(fā)現(xiàn)速度波動變得小得多。

4 結(jié)論

本文提出了一種提高檢測電角度的準(zhǔn)確度的方法。通過使用該方法，我們可以在應(yīng)用SVPWM算法時提高性能，因為提供了更精確的磁場位置。

（作者單位：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院）