基于最大功率的VSI泄放电阻制动技术及应用

作者：时间：2013-02-18 来源：网络收藏

2．2．2 电压因子通道的设计
电压因子通道采用滞环Bang-Bang控制，以便得到灵敏的响应速度。电压因子占空比初始输出为零。当Udc大于直流母线电压启动泄放工作点电压与制动时直流母线电压滞环值之和时，电压因子占空比输出为1；当Udc小于直流母线电压启动泄放工作点电压与制动时直流母线电压滞环值之差时，电压因子占空比输出为零；其余情况则保持上一拍的输出状态。电压因子通道输出的响应可以在数字控制器的一拍内完成。
2．2．3 功率因子通道的设计
以R允许最大功率为参考值，以R的当前平均功率为反馈值，经PI调节器及限幅处理得到功率因子占空比。PI调节器的设计如下：G(s)=Kp·[1+1／(TIs)]，其中，Kp为比例增益，TI为积分时间常数。在电阻制动动作发生前，工作占空比为零，R的当前平均功率为零，PI调节器处于饱和状态，功率因子占空比输出最大值100％。一旦直流母线上泵升电压超过设定值，在R允许的冲击时间内，R的平均功率将缓慢上升，在没有超过允许的最大制动电阻功率前，功率因子占空比输出保持最大值100％，从而可以在制动初期以连续方式实现泄放，快速降低直流母线上泵升电压。如果泵升电压还没有完全降低下来，但已超过了R允许的冲击时间，这时则不允许连续制动，将通过PI调节器自动进入占空比方式制动。
在占空比方式下，R上的平均消耗功率将控制在允许最大功率内，此时按最大功率设定值自动计算占空比最大值。通过最大占空比限制，同时保证了制动效果和R的安全。当制动成功，直流母线上泵升电压降低到目标电压以下时，制动占空比为零，R的平均功率将缓慢归零。
2．2．4 制动占空比及其PWM控制实现
制动电路的工作占空比可由电压因子占空比与功率因子占空比的乘积得到，从而兼顾了Udc限制需求和R功率限制需求，实现了优化制动泄放效果。制动电路的工作占空比范围为[0，1]，可由数字电路的三角波发生器和数字比较器构成PWM单元，控制占空比的生成，此功能在TM S320F28335型DSP Epwm外设上很容易实现。

3 实验结果与应用
基于最大功率的泄放电阻制动技术已经在32位浮点TMS320F28335型DSP驱动控制系统中得到了实验验证。实验所用的4对极PMSM的各项参数如下所示：额定输出功率5．5 kW，额定转速1 500 r·min-1，额定转矩35 N·m，电势系数1．026 V·s／rad，转矩系数2．18 N·m／A，相绕组电阻0．35 Ω，Ld=7．3 mH，Lq=7．8 mH。制动电阻平均功率计算的一阶LPF时间常数τ为0．33倍电阻允许冲击时间。
Udc的测量通过系统的DAC输出监控，R流过的电流IR通过电流钳接示波器测量。R=32 Ω，制动电阻功率1 000 kW，R的使用降额率设置为50％，R的短时抗冲击允许时间设置为3 s；功率因子通道PI调节器的参数：Kp=0．8，TI=0．3；电压滞环宽度设置为5 V。实验波形如图2所示。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/175884.htm

图2a为PMSM弱磁失控情况下Udc和IR波形。PMSM在交流220 V整流为310 V直流供电条件下，制动电压工作点电压Ubrake设置为325 V，在PMSM工作于空载速度控制模式，并已进入弱磁控制状态，关闭控制使能，出现弱磁失控状态，Udc在PMSM弱磁失控后电压迅速泵升，并触发制动电路以100％，的占空比工作，约0．5 s后(小于R的短时抗冲击允许时间)，将R限制在允许的范围内，期间在R上产生连续的制动电流。图2b为Udc与Ubrake(设置为305 V)比较接近时Udc和IR波形。图2c为Udc长期大于Ubrake(设置为285 V)条件下的Udc和IR波形。R处于占空比工作方式，有效地以电阻可承受的最大功率能力实现泄放。

4 结论
直流母线泵生电压的抑制对于电压源逆变器的可靠工作非常重要，电阻制动由于方案简单、成本低，在中小功率电压源逆变器电路的直流母线泵升电压控制中仍大量使用。在此针对使用制动电阻的实际泻放需求，提出一种新的基于软件方案的制动电阻控制策略，该控制技术充分考虑了制动电阻的额定功率、使用率、电阻值以及最大允许冲击时间，并可通过软件灵活地配置工作参数。该控制方法充分考虑了直流母线电压限制的需求，同时也考虑了制动电阻的最大功率和冲击时间限制，通过电压因子通道和功率因子通道的联合设计，实现了制动电阻的优化泄放控制。通过基于TMS320F28335型浮点DSP控制平台，用永磁同步电机的弱磁失控等实验验证了该制动方法的有效性和实用性。