电流正弦PWM控制技术详解

交流电动机的控制性能主要取决于转矩或者电流的控制质量（在磁通恒定的条件下），为了满足电动机控制的良好动态响应，经常采用电流正弦PWM控制技术。

目前实现电流正弦PWM控制的常用方法是A.B.Plunkett提出的电流滞环SPWM，即把正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞环比较器进行比较，其结果决定逆变器桥臂上下开关器件的导通和关断。这种方法的优点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护，其缺点是相对的电流谐波较大。

1.电流滞环跟踪PWM（Current Hysteresis Band PWM，CHBPWM）控制技术

电流滞环控制是一种非线性控制方法，电流滞环控制型逆变器一相（U相）电流控制框图如图2-34a所示。正弦电流信号发生器的输出信号作为电流给定信号，与实际的相电流信号相比较后送入电流滞环控制器。设滞环控制器的环宽为2ε，t₀时刻，i^*_U-i_U≥ε，则滞环控制器输出正电平信号，驱动上桥臂功率开关器件VT₁导通，使i_U增大。当i_U增大到与i^*_U相等时，虽然Δi_U=0，但滞环控制器仍保持正电平输出，VT₁保持导通，i_U继续增大，直到t₁时刻，i_U=i^*_U+ε，滞环控制器翻转，输出负电平信号，关断VT₁，并经保护延时后驱动下桥臂功率开关器件VT₂。但此时VT₂未必导通，因为电流i_U并未反向，而是通过续流二极管VD₂维持原方向流通，其数值逐渐减小。直到t₂时刻，i_U降到滞环偏差的下限值，又重新使VT₁导通，VT₁与VD₂的交替工作使逆变器输出电流与给定值的偏差保持在±ε范围之内，在给定电流上下作锯齿状变化。当给定电流是正弦波时，输出电流也十分接近正弦波，如图2-34b所示。与此类似，负半周波形是VT₂与VD₁交替工作形成的。

图2-34 电流滞环控制型逆变器一相电流控制框图及波形图

a）滞环电流跟踪型PWM逆变器一相结构示意图 b）滞环电流跟踪型PWM逆变器输出电压、电流波形图

显然，滞环控制器的滞环宽度越窄，则开关频率越高，可使定子电流波形更逼近给定基准电流波形，从而将有效地使电动机定子绕组获得电流源供电效果。了解一相电流滞环控制型SPWM逆变器原理之后便可以组成三相电流滞环控制型SPWM变频调速系统，如图2-35所示。

需要指出的是，电流滞环控制型对于给定的滞环宽度，其开关频率随着电动机运行状态的变化而变化。当开关频率超过功率器件的允许开关频率时，将不利于功率器件的安全工作；当开关频率过低时将会造成电流波形畸变，导致电流谐波成分加大。因此，最好能使逆变器的开关频率在一个周期内保持一定。(www.xing528.com)

图2-35 异步电动机电流滞环控制变频调速系统

2.固定开关频率型

为了克服电流滞环控制型的开关频率变化的缺点，采取的措施之一就是采用固定开关频率型的电流跟踪控制方式，其一相（U相）电路的控制原理框图如图2-36所示。

图2-36 一种固定开关频率型的电流滞环控制一相（U相）系统

考虑到参考电流i^*_U的变化率di^*_U/dt直接决定了开关频率f_t，从而可按照di^*_U/dt来调整滞环宽度HB。i^*_U经过微分运算环节求出di^*_U/dt，然后通过环宽计算环节确定ε_max和ε_min，再根据电流滞环控制器输出u_k的电平自动选择ε_max和ε_min，并送入电流滞环控制器，以实现环宽随i^*_U的变化率而改变，使得逆变器输出的PWM脉冲频率在一个周期内基本不变。