詳解電機(jī)控制中的電壓重構(gòu)

導(dǎo)讀：本期文章主要介紹電機(jī)控制中的電壓重構(gòu)。重構(gòu)的電壓用于磁鏈估計(jì)等模塊必須的輸入，對整體控制而言，顯得尤為重要。

一、引言

一般情況下，在實(shí)際應(yīng)用中不用電壓霍爾采樣電壓，而是直接利用電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器輸出，通過坐標(biāo)變換得出電機(jī)的相電壓，或者通過PWM波占空比和母線電壓來估算相電壓。估算電壓代替采樣電壓，一方面取消了電壓采樣電路和電壓霍爾，降低了硬件成本；另一方面避免了低速時(shí)電壓過低并受干擾影響造成的采樣電壓不準(zhǔn)確，影響低速控制性能；另外避免了電壓采樣電路和電壓霍爾的硬件故障的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是估算電壓存在估計(jì)準(zhǔn)確性問題，如果單純地只通過每相在各個(gè)時(shí)刻的PWM波占空比和母線電壓來估算得到的各相當(dāng)前時(shí)刻的端電壓，其幅值和相位與真實(shí)值存在較大誤差。造成誤差的主要原因有：

1、死區(qū)的影響：

為了避免逆變器上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通，設(shè)定了死區(qū)時(shí)間，造成了PWM波占空比發(fā)生變化；

2、IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷延遲影響：

IGBT硬件本身的開通延遲和關(guān)斷延遲造成了PWM波占空比發(fā)生變化；

3、管壓降影響：

IGBT導(dǎo)通管壓降和續(xù)流二極管管壓降造成了PWM波幅值發(fā)生變化。

二、分清端電壓、相電壓、線電壓

圖2-1 三相逆變橋與電機(jī)連接示意圖

三、相電壓估算

?3.2 仿真驗(yàn)證分析

圖3-1 電壓重構(gòu)仿真系統(tǒng)

圖3-2 三相端電壓的仿真波形

圖3-3 三相相電壓的仿真波形

由圖3-2和圖3-3可知，三相端電壓為馬鞍波，三相相電壓為正弦波。

四、總結(jié)

4.1 為什么要進(jìn)行電壓重構(gòu)

三相感應(yīng)電機(jī)的磁場定向是矢量控制FOC的關(guān)鍵問題，只有準(zhǔn)確地觀測和運(yùn)算出轉(zhuǎn)子磁鏈的位置和幅值，才能將定子電流變換到沿轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子磁鏈的矢量控制。

在進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁鏈觀測和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)時(shí)，都需要用到輸出電壓，由于電壓傳感器元件成本高，因此大多采用直流母線電壓和開關(guān)管狀態(tài)重構(gòu)輸出電壓技術(shù)。但是由于死區(qū)時(shí)間和開關(guān)管非線性因素的影響，從而導(dǎo)致輸出電壓估計(jì)不準(zhǔn)。