逆变器d轴电流



逆变器残余电流异常

逆变器电流异常，其原因主要是电机电流过大引起。

另外伺服放大器也显示b报警代码，其原因通常是加减速时容易出现，可以修改加减速参数后，观察是否排除故障。还有就是伺服放大器、动力电缆、伺服电机故障。断电后，在伺服放大器拔出X轴伺服电机动力电缆插头，再接通电源开机，如果还是有报警，可以判断是放大器损坏。如果没有报警了，那就是伺服电机或者电力电缆有问题。在伺服放大器拔出X轴伺服电机动力电缆插头，接通电源开机，没有出现报警，确定问题在伺服电机或动力电缆。测量电机U、V、W三相绕组对地绝缘电阻是否正常。在动力电缆插头测量电缆U、V、W三相绕组对PE，有19.83MΩ，电机绝缘电阻不是特别好。又拆开拖板防护罩，露出伺服电机，发现伺服电机有水迹，估计伺服电机进水了。拔下电机端电缆插头（放大器侧电缆插头脱开状态），测量三相绕组对PE均无穷大，说明动力电缆绝缘正常。经过测量伺服电机绝缘电阻稍微有些差，基本在FANUC要求范围内。但连接上伺服电机就会报警，只能确认伺服电机损坏，马上订购一台同型号规格伺服电机，收到伺服电机后，更换完毕后接通电源开机，SV0438报警排除，伺服放大器也无 b 报警。

矢量变频器工作原理 矢量变频器和普通变频器的区别

矢量变频器工作原理

矢量变频器的工作原理基于矢量控制技术，通过坐标变换，将三相系统等效变换为M-T两相系统，将交流电机定子电流分解为两个直流分量，分别控制交流电动机的磁通和转矩，从而获得与直流调速系统相同的效果。

矢量运算器产生磁场定向的定子电流分量，给定值和滑差角频率给定值，以及电机测量转速，通过积分运算得到转子磁通位置角θ，送至旋转变换环节。

矢量变频器系统组成：基于双DSP矢量控制的三相笼型异步电机驱动系统，采用交直交电压型结构和SVPWM脉宽调制方式。系统包括三相整流器、滤波电容、电压型逆变器、逆变器驱动电路、三相笼型异步电机和双DSP控制系统。双DSP控制系统由VC33子系统、F240子系统和数据交换单元构成。矢量控制核心算法由VC33芯片完成，同时负责两相电流检测。

矢量变频器和普通变频器的区别

变频器分为通用型和矢量型两种。虽然这两种变频器都能使用，但它们之间存在显著差异。矢量变频器价格较高，原因在于其控制精度高，低转速输出转矩大。矢量变频器通过分解电机电流为D轴电流和Q轴电流，其中D轴电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，分别控制可提高启动转矩，适用于重负载启动的场合，如大功率长皮带和提升机等。

普通变频器在启动时负载过重，输出转矩不足，可能导致电机无法启动，出现堵转或过电流故障。而矢量变频器在启动时能够提供足够转矩，确保电机正常运行。对于普通水泵的控制，选择风机水泵专用型或通用型变频器即可，无需选用价格较高的矢量变频器。

用开车比喻：矢量控制类似于‘速度控制’，在不同路况和阻力下保持车速恒定，提高速度控制精度。

V/F控制方式：开车时油门开度固定，车速因路况变化而变化，V/F控制时油门开度不变。

矢量控制方式：在路况变化和阻力变化的情况下，保持车速恒定，油门开度需随时调节。

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4种派克(Park)变换、克拉克（Clark）变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系(一)

4种Park变换、Clark变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系主要体现在以下几个方面：

Park变换与dq轴解耦：

Park变换：是将三相静止坐标系转换为两相旋转坐标系的变换方法。四种常见的Park变换矩阵形式源自不同的abc坐标系与dq轴关系，每种形式有其特定的系数和表达方式。dq轴解耦：在dq轴坐标系下，通过适当的控制策略，可以实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦控制，从而简化控制系统的设计。

Clark变换与Park变换的关联：

Clark变换：是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系的变换方法。它是Park变换的前置步骤，常用于电机控制的预处理阶段。关联：在进行Park变换之前，通常需要先通过Clark变换将三相电流转换为两相电流，然后再进行Park变换，将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系，以便进行dq轴解耦控制。

在双闭环控制中的应用：

双闭环控制：通常由电流内环和速度外环组成，用于实现电机的精确控制。Park变换的作用：在电流内环中，通过Park变换将三相电流转换为dq轴电流，实现对d轴和q轴电流的分别控制，从而实现对电机转矩和磁链的精确控制。整体控制策略：速度外环根据给定的速度指令和实际的电机速度反馈，调整d轴电流的给定值，以控制电机的转速；电流内环则根据d轴和q轴电流的给定值和实际值，调整逆变器的输出电压，以实现电流的快速跟踪。

综上所述，4种Park变换和Clark变换在基于dq轴解耦的双闭环控制中起着至关重要的作用，它们是实现电机精确控制的关键技术之一。

电机轴电流与电机驱动

电机轴电流与电机驱动密切相关。以下是对电机轴电流与电机驱动关系的详细解答：

电机轴电流的产生：

电机中产生的轴电流主要分为由电弧放电引起的电流、循环电流和转子对地电流。这些电流主要由逆变器du/dt的变化在导线末端产生的高频电流引起，这些电流会流经轴承及其相关组件。

电机驱动对轴电流的影响：

电机驱动系统中的逆变器拓扑选择会影响电机的轴电流。例如，使用三电平逆变器拓扑在低速下可以降低逆变器共模电压在轴承中发生轴电流的次数。母线电压和IGBT的开关频率作为设计参数，虽然一般不会随意改变，但它们的设置也会影响轴电流的产生。特别是IGBT的开关频率，与du/dt密切相关，而du/dt是影响轴电流的关键因素之一。

减小轴电流的方法：

优化IGBT的du/dt：可以通过调整栅极驱动电阻、控制结温和开通电流等方法来优化IGBT的du/dt，从而降低轴电流。采用绝缘轴承：绝缘轴承可以有效隔离轴承与轴之间的电流通路，从而减小轴电流。加装逆变器输出共模扼流圈：共模扼流圈可以抑制共模电流，包括轴电流。电机转子通过碳刷接地：这种方法可以提供一个低阻抗的电流通路，使轴电流更容易流向地面，而不是流经轴承。

轴电流对电机的影响：

轴电流会导致轴承内壁产生搓板式条纹，从而在电机运行中产生巨大噪音，并可能导致轴承出现不可预测的故障。延长轴电流的存在会加速轴承的磨损，缩短电机的使用寿命。

综上所述，电机轴电流与电机驱动密切相关，通过优化电机驱动系统参数和采取适当的减小轴电流的方法，可以有效降低轴电流对电机的不良影响，延长电机的使用寿命。

RT Box教程205： 虚拟原型（ RT Box:Virtual Prototyping）

在PLECS RT Box上构建简单电压源逆变器（VSI）的教程旨在深化您对实时仿真应用的理解。本教程侧重于应用先前学习的优化技术，以实现三相VSI系统的闭环控制。您将使用虚拟原型控制器和设备在通过环回电缆连接的单独RT Box上运行的设置。

本教程的目标是让您能够运用前面教程练习的概念，以便在实时仿真应用程序中使用这些工具。在开始之前，请确保您拥有RT Box和PLECS编码器许可证，并了解基本RT Box操作和用法。设计本教程使用两（2）个RT Box和两（2）条环回电缆来完成，环回电缆驱动来自RT Box输出的RT Box模拟和数字输入。

虚拟样机概念在开发HIL和RCP模型时被用来评估实时平台的性能，作为连接任何控制或电源硬件前的中间阶段。虚拟样机设置中，一个RT Box将为转换器建模，另一个RT Box将为控制器建模，然后连接RT Box的I/O，形成一个完整的闭环系统，两个单元之间交换测量和控制信号。

通过虚拟样机设置，您可以获得更多的信心继续进行HIL或RCP测试。

在模型优化部分，您将把之前开发的开环VSI模型转换为适合实时仿真的模型。您将把模型分成工厂和控制器系统，这些系统可以离线运行，也可以实时部署到虚拟原型环境中。您将为设备和控制器创建两个独立的子系统，给这些子系统贴上相应的标签。在顶层示意图中，子系统之间连接控制信号。

接下来，您需要在“Controller”子系统中添加一个模拟输入组件，测量VSI输出电流，并将模拟输入结果连接到子系统内的示波器。保持控制器处于开环状态，检查离线模拟的结果。

问题：您应该观察到平衡的三相正弦电感电流范围，这些结果基于PWM输出模块的正弦输入信号。电流和PWM波形应与您在初始“RT Box教程2：在PLECS RT Box上构建简单VSI”练习中观察到的波形相似。更改模型的结构不应影响结果。

您的目标是使模型与参考模型“virtual_prototyping_1.plecs”相同。

在控制器的实现部分，您将为VSI系统实现一个闭环控制器。复制现有的控制器块，并将其粘贴到“control”子系统中。连接恒定块至DQ控制器的“iq*”和“id*”输入，q轴电流为300 A，d轴电流为0 A。双击DQ控制器组件以查看子系统参数，选择参数并估算Kp和Ki增益的合理值。执行离线模拟以检查不同参数值的系统响应。

问题：在线运行此模型还需要哪些修改和更改？答案：必须启用"Plant"和"Controller"子系统以生成代码。必须选择模拟步长并将其输入"Coder Options + General "编码器选项+常规菜单。RT Box通道分配和模拟输入输出电压范围应对齐。关键步骤包括确定模拟信号的缩放和偏移因子，以及将峰值电感电流调整到RT Box模拟输出电压范围内。同时，控制器子系统中模拟输入组件测量的电流需要进行缩放和偏移，以表示电路中的实际电流。

目标是使模型与参考模型“virtual_prototyping_2.plecs”相同。

虚拟样机部署阶段涉及设计一个完整的闭环系统进行离线仿真，之后几乎可以进行实时部署。在为RT Box生成代码之前，选择离散化步长并考虑模拟信号缩放至关重要。通过离线仿真设计后，您可以实施完整的实时虚拟样机设置，评估三相VSI系统的闭环控制。

问题：在模型中应用设置的合理比例因子是什么？答案：在开环运动中，观察到峰值电流为±376 a，调制指数为1.0。默认模拟输出电压范围为±10 V。将峰值电流四舍五入至400 A，并在输出电压箝位之前考虑两个裕度的因素，可以确定模拟输出的比例因子为10 V/（2·400 A）或0.0125。为了简化偏移设置，将RT Box目标的模拟输入范围更改为±10 V。对于零偏移值和±10 V模拟输入范围，模拟输入比例值只是模拟输出比例因子的倒数。

为每个子系统指定步长并生成代码。在顶层示意图的适当位置添加范围，以比较正常模式和CodeGen模式的结果。合适的离散化步长通常从5µs开始，这相当于每个切换周期20个模拟时间步。保持PWM Capture组件的“Averaging interval”平均间隔设置为所选择的离散化步长。在“Plant”和“Controller”子系统中添加额外的范围，以便在实时仿真期间观察重要的量（例如电流、PWM信号等）。您可能希望运行模型并保存脱机跟踪，以便与实时结果进行比较。

在单独的RT Box上运行每个子系统，并检查执行时间。将PWM Capture组件的“Averaging interval”设置为所选择的离散化步长。使用DSub电缆连接相应的数字和模拟I/O端口。启动两个RT Box的外部模式，并在范围中检查结果。最后，使用参考模型“virtual_prototyping_3.plecs”为目标。

在结论部分，您现在已经在虚拟原型环境中完成了三相VSI的完整闭环控制。通过优化PLECS模型以进行实时仿真，学习了关键概念，包括子循环平均、混合电源模块、CodeGen仿真和步长选择。这些技能为将这些工具应用于未来的实时仿真应用程序奠定了基础。

技术分享|三相并网逆变器PQ控制算法控制解析

在储能系统并网应用中，功率调节性能对参与电网管理至关重要。PQ控制算法因其高效性成为主流选择，其核心在于依据电网指令精确调节有功和无功功率输出。该算法首先计算d轴电流和q轴电流的参考值，再通过PI控制实现对功率的精准控制。

实验系统采用研旭的功率模块YXPHM-TP210b、SP2000控制器及YXPVS5K光伏电池阵列模拟器，构建了完整的储能逆变PQ控制系统。Simulink软件用于算法开发，YX-View2000上位机软件实时监控系统运行。

算法模型基于Id和Iq作为电网电流的d轴分量和q轴分量，Ugd和Ugq为电网电压的对应分量。通过公式计算有功和无功功率，当电网电压定向至d轴时，可简化计算过程。依据公式求得dq轴电流参考值，构建Simulink计算模型实现算法逻辑。

将PQ控制模块引入DC-AC模型，替换原直流电压PI控制模块，形成包含PQ有功无功功率控制的逆变系统。实验中，采用直流电源作为储能单元，设定输出电压为600V，电流过流限制15A。通过SP2000控制器运行Simulink模型，上位机View2000监控系统状态，实时显示电压电流波形。

实验结果表明，通过上位机界面设置功率输出，逆变器输出功率可从2000W调整至5000W。功率稳定在5000W时，直流电源输出电流与功率保持同步，验证了PQ控制算法的有效性和精准性。

基础补充篇——永磁同步隐极电机与凸极电机的区别

基础补充篇——永磁同步隐极电机与凸极电机的区别详解

当我们探讨电机世界时，永磁同步隐极电机与凸极电机之间存在显著差异。这些差异主要体现在以下几个关键方面：

数值差异

首先，隐极电机的d轴电感 Ld 与 q轴电感 Lq 之间相等（Ld = Lq），而凸极电机的这一关系不成立（Ld ≠ Lq）。这个差异在电机控制仿真中体现为PMSM模块设置的区别。

输出力矩差异

凸极电机的转矩表达式复杂，包含电磁转矩和磁阻转矩，而隐极电机仅有的是电磁转矩。这使得在相同容量的逆变器下，凸极电机能输出更大的力矩。

磁极结构

磁极结构的不同是区分两者的重要标志。隐极电机的永磁体位置使得dq轴磁路对称，而凸极电机由于磁极结构的变化，导致dq轴磁路不对称，成本和应用场景上有所不同。

控制策略

凸极电机的控制更为复杂，转矩不仅受q轴电流控制，还受d轴电流影响，而隐极电机的控制相对简单，d轴电流主要影响磁场。

观测器设计

凸极电机观测器处理转子位置和速度时更具挑战性，而隐极电机在这方面更为简单，尤其在新能源汽车的低速无感策略上。

综上所述：

从参数上看，Ld与Lq相等的为隐极电机，不等的为凸极电机。

结构上，对称的dq轴磁路是隐极电机的标志，不等的则为凸极电机。

永磁体位置影响电机类型，表贴式永磁同步电机通常为隐极电机。

控制策略和应用特性是两者进一步区分的关键点。

轴电流是个神马鬼(上)

电机领域中的轴电流问题，是工程师们不得不面对的头疼事之一，尤其当轴承遭受电腐蚀时，往往能让人焦头烂额。轴电流，即流经电机转轴、轴承到机壳的电流，其危害性不言而喻，下面让我们一起深入探讨轴电流的种类、产生机理及抑制方法。

轴电流的形成原因多样，首当其冲的是磁通不对称导致的轴电流。当电机内磁势或磁阻出现不对称时，就会在轴与机壳形成的拓扑回路中产生交变磁链，从而在轴两端产生电位差，即轴电压。此类轴电流通常被称作差模轴电流。差模轴电流的流通路径从轴至轴承，再到机壳，最终回到另一端轴承，形成闭合回路。

静电引发的轴电压和轴电流也是不容忽视的因素。电机转子在高速运转时，与空气摩擦产生静电荷，这些静电荷积累在转子上，由于转子与机壳之间被两端轴承的油膜绝缘，无法释放静电荷，进而形成轴电压，即轴和接地外壳之间的直流电压。随着静电荷的积累，轴电压会升高至数百伏，甚至更高，达到一定程度时，会击穿油膜对地放电，形成轴电流。

变频器的应用为电机轴电压和轴电流问题提供了新的视角。变频器输出的共模电压，即零序电压，其大小取决于三相绕组的相电压之和。由于变频器输出为矩形脉冲，三相电压之和不为零，共模电压始终存在。此外，变频器的控制策略也可能导致共模电压的波形呈现出四电平特征，且具有很高的du/dt（电压变化率），对电机产生影响。共模电压的存在加上du/dt的特点，引发了变频供电电机的轴电流问题。在电机中，寄生电容为高频电流提供了低阻抗通路，共模电压的出现会引发共模电流，进而损害轴承。

容性充放电轴电流是其中一种形式，当轴承滚子高速运行在润滑油膜上时，会在轴承中形成轴承电容。逆变器输出的高du/dt会在电机寄生电容和轴承电容中引发高频充放电电流，导致轴电流的产生。这种电流虽然对轴承无害，但伴随着充放电过程，会在滚子与轴承内外圈之间的油膜两端引起充电电压，当充电电压超过油膜击穿电压值时，引发EDM（Electrical Discharge Machining）电流，产生放电火花，损害轴承。

EDM电流的路径与容性充放电电流相似，从机轴经过轴承到达机壳，最后流至接地点。油膜的击穿电压阈值受多种因素影响，包括流体速度、轴承载荷、温度、润滑油的介电强度、轴承表面的粗糙程度等。因此，EDM电流的最大值会在电机额定转速或略低于额定转速时出现。随着转速的提高，油膜绝缘强度增强，EDM电流会下降。

此外，电机中的高频环路电流也需引起关注。电机端电压的高du/dt和定子绕组与叠片之间的耦合电容引发高频共模电流，频率可达数兆赫兹。这些电流通过绕组进入定子叠片再到机壳流出，激发出沿电机周向的高频环路磁通。在靠近接地点的叠片附近电流密度最大，远离接地点的叠片处随着距离的增大电流密度逐步减小。这种周向高频交变的磁通会感应出差模轴电压，当轴电压足够大时，同样会击穿油膜形成高频环路电流。

轴地电流的形成机制与电机机壳接地不良相关。当转子的接地阻抗小于定子机壳的接地阻抗时，机壳电位较高，电流会通过机壳、轴承、轴、负载接地点回到变频器，形成轴地电流。

输电电缆的影响也不可忽视。在风力发电系统等情况下，电机与变频器之间通过长电缆连接，电缆的分布电容和分布电感会导致电压行波反射叠加，进一步增大共模电压的幅值和高频成分，加剧轴电流的危害。连接电缆特性阻抗与电机不匹配时，电机输入端可产生3倍于输出电压的尖峰电压，严重威胁电机绝缘。

面对轴电流问题，抑制措施至关重要。下一期，我们将深入探讨如何有效地抑制轴电流，为解决这一难题提供实用的方法。希望本文的介绍能为您揭开轴电流之谜，助您在电机领域中游刃有余。

PLECS应用示例（88）:Z源逆变器（Z-Source Inverter）

本演示展示了一种用于燃料电池应用的电流控制三相Z源逆变器。图1显示了Z源逆变器的电路。Z源逆变器中独特的阻抗网络允许逆变器在降压和升压模式下运行。

阻抗源（或阻抗馈电）功率转换器，也称为Z-source逆变器（或转换器），使用由以X形状连接的分裂电感器和电容器组成的阻抗网络，将主转换器电路耦合到电源（或负载）。它可用于实现DC-AC、AC-DC、AC-AC和DC-DC功率转换，以取代传统的V源或I源转换器。

演示模型显示了Z源逆变器的一个示例，其中来自燃料电池源的直流电压被转换为三相交流输出。传统的V源逆变器（VSI）在没有额外的DC-DC升压级的情况下不能产生大于DC电压的AC输出电压。根据第2.1节中定义的降压-升压因子，Z源逆变器可以产生大于或小于DC电压的AC输出电压。需要一个与直流电源串联的二极管来防止反向电流。

在传统的VSI中，当DC电压施加在负载上时，有六种可能的有源开关状态（在三相支路中的每一个支路中只有一个上开关或下开关导通）和两种零状态（负载端子通过所有上开关或所有下开关短路）。Z源逆变器具有额外的零状态，当负载端子通过一个或两个或全部三相支路的上开关和下开关短路时。这种直通零状态为逆变器提供了独特的降压-升压特性。当直流电压足够高以产生所需的交流电压时，击穿零状态为非激活状态。否则，逆变器的等效直流输入电压将使用直通状态[1]升压。

锁相环（Phase-Locked Loop）PLECS组件库提供了一个同步参考帧锁相环（SRF-PLL）组件，如图2所示。它包含一个低带宽比例积分（PI）控制器，用于检测三相输入信号的相位角。然后，相位信息用于将AC输出电流和电压转换为旋转参考系（dq）[4]。

电流控制器（Current Controller）在交流侧的dq帧中，[公式] [公式] 其中，[公式] 和 [公式] 是电压， [公式] 和 [公式] 是电流， [公式] 是A相电压的峰值。交叉耦合项 [公式] 和 [公式] 是abc到dq变换的结果。为了实现简单的一阶对象，在控制器中提供它们作为前馈，以解耦q和d轴电流。

基于上述对象传递函数，使用K因子方法对电流控制器进行解析调谐。K因子方法是一种环路成形技术，其中可以针对指定的相位裕度和交叉频率准确地设计控制器。[2]中解释了使用K因子方法的控制器设计。

电流控制器的输出是一组三相正弦信号{Ma，Mb，Mc}。

射击任务计算器（Shoot-through duty calculator）当降压-升压因子BB大于1时，直通占空比计算器计算开环直通占空比d，如图4所示。

使用所提供的模型进行仿真，以观察PWM信号、输出交流电流和Z网络电容器电压。

在0.2 s时，d轴交流电流参考从5 A增加到10 A，在0.4 s时，q轴交流电流基准变为−5 A。观察输出dq电流遵循参考信号，如图6所示。

输出交流相电压为[公式] V，直到0.6s，见图7，输入直流电压为70V。因此，降压-升压因子BB为：

由于降压-升压因子大于1，所以启用直通占空比。Z源逆变器在升压模式下运行。从图8中可以观察到，穿透周期关于原始切换瞬间对称放置。

在0.6 s时，见图7，输入直流电压从70 V升压到190 V，新的调制指数计算如下：

由于降压-升压因子小于1，直通占空比为零，如图9所示。此时，Z源逆变器以降压模式工作，并使用传统的PWM调制方案。

该模型重点介绍了一个电流控制的三相Z源逆变器，展示了一些PLECS控制域组件，包括连续控制器方案和状态机调制器。状态机块评估由电流控制器生成的三相正弦调制指数信号的最大值和最小值，并插入适当的直通占空比值以获得新的比较信号。

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