变频器的磁通轨迹控制

如前所述，电压矢量的积分是磁通矢量，按选择空间电压矢量，使磁通的轨迹在圆周上，这就是磁通轨迹控制。它需要解决两个问题。

a)如何选择电压矢量；

b)如何确定所选择的开关状态的持续时间。

逆变器每一次开关动作都将产生磁通的微小变化。假定逆变器的开关状态为ui(sU，sV，sW)，开关的持续时间为△t，则电动机经过△t时间，由电压矢量Ui (sU，sV，sW)所产生的磁链增量△ψ可以由下式计算：

△ψ=Ui△t    (7-32)

由此可见，磁通增量的方向为电压矢量的方向，磁通轨迹沿着Ui的方向前进了△ψ的距离。如果用ψn和ψn+1表示第n次和第n+1次控制周期结束时的磁通，则ψn+1为ψn和△ψ的矢量和，即

ψn+1=ψn+△ψ (7-33)

若为Ui为零矢量，则磁通的增量为零，磁通的轨迹未发生移动。在逆变器的基波频率的一周期内，分割成k个控制周期，每个控制周的时间间隔为

T=2π/kω    (7-34)

式中 ω-基波角频率；

k-一周的分割数。

将空间平面按电压矢是量分为六个扇区，在每个扇区的边沿各有一个电压矢量，记作Ui和U2。在第个控制周期选择三种开关状态，并由此实现PWM控制。

1．六边形轨迹控制 如果在60°时间问隔内，只改变逆变器的一支桥臂上下电力电子器件的通断状态，则磁通轨迹为六边形。由式(7-33)可知，在t时刻的磁通为ψn，如图7-20所示。此时选择电压矢量U1，经过时间t1，磁通轨迹由O点到达六边形的顶点A，但是由于时间t1≤60°，在磁通轨迹到达A点后，需停留一段时间。为此，磁通在到达A点后需要停留一段时间t0，即选择零矢量U0或U7。停留时间t0应满足

t0+t1=60°

显然，按上述方法控制，电动机在一个周期内仅仅切换6次开关状态，电动机的电波形将会出现较大的尖峰。从改善电机电流波形的要求和提高电力电子器件的使用效率考虑，可以适当提高开关频率。其具体做法是将开关持续时间t0和t1分成若干段，即磁通轨迹在由O点移动到A点的过程中，交替选择电压矢量U1和U0只要U1和U0的总的持续时间分别为t1和t0，则磁通的控制效果并未发生变化，即磁通沿着6边形的前进，但是电流的波形轨迹将得到改善。

图7-20 六边形磁通轨迹控制的原理图

2．圆形轨迹控制 为了实现磁通轨迹控制，一个控制周期磁通轨迹移动距离应等于圆形磁通轨迹移动的距离，如图7-21所示。

图7-21 圆形磁通轨迹控制的原理图

而逆变器的k个控制周期内，选择的电压矢量包含U1，U2，U0。其中U1为主矢量，U2为辅矢量，U0为零矢量。主矢量和辅矢量可以是前述的U1 (0，0，1) -U6(1，1，0)，零矢量可以是U0(0，0，0)，U7(1，1，1)。U1的持续时间为t1，U2的持续时间为t2, U0的持续时间为t0。若控制周期为T，则有

T=t1+t2+t0    (7-35)

由积分近似公式有

U*T=U1t1+U2t2    (7-36)

式中 U*-正弦电压设定值；

U*T-在第k个控制周期的磁通设定值的增量；

U1t1-电压矢量U1在其持续时间所产生的磁通增量；

U2t2-电压矢量U2在其持续时间所产生的磁通增量。

U1t1和U2t2的矢量和为U*T。

可以推证

(7-37)

式中 a=u*/Edc-调制比，它反应逆变器的电压利用系数；

γ-电压参考矢量U*与U1之间的夹角。

3．直接转矩控制 直接转矩控制交流调速系统如图7-22所示。

图7-22 直接转矩控制交流调速系统框图

交流电动机的转矩同逆变器输出电压矢量控制逆变器的开关策略，由开关信号选择单元给出。电动机的定子电流、母线电压同检测单元测出后，经坐标变换器变换到模型所用的d-q坐标系下，再同转速信号一起作为电动机模型的输入，计算出磁链和转矩；模型磁链幅值、转速值、转矩值同给定的输入量比较后送入各自的调节器，经过两点式调节输出相应的磁链和转矩开关量，做为开关信号选择单元的输入，以选择适当开关状态来完成直接转矩控制。

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