一種交流異步電機電流控制裝置及電流控制方法

2023-06-08 06:56:06 1

專利名稱：一種交流異步電機電流控制裝置及電流控制方法
技術領域：
本發明涉及一種交流異步電機電流控制裝置及電流控制方法，特別是一種利用 基於TMS320系列DSP實現的交流異步電機電流控制裝置及電流控制方法。
背景技術：
目前，在矢量控制調速系統中絕大部分使用電壓源逆變器給異步電機，特別是 異步電動機供電。在使用電壓源型變頻器供電的異步電機調速系統中，電流控制器主要 採用採用同步坐標系上的PI控制器，同步PI控制器能夠實現開關頻率固定，但是為了避 免積分飽和現象的影響，需要使用抗飽和PI調節器，造成當調速系統的上升時間和下降 時間很小時，異步電機有過流現象。所以必須尋找能夠消除電動機轉速快速變化時過流 現象，利用電壓源型變頻器供電的異步電機電流控制裝置及電流控制方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠消除電動機轉速快速變化時過流現象、具有較小 計算量的電壓源型變頻器供電的異步電機電流控制裝置及電流控制方法，所述異步電機 可為交流異步電機，也可為異步電動機，更具體地，可為交流異步電動機本發明所述的一種交流異步電機電流控制裝置，其特徵在於所述電流控制裝置 包括基於DSP的控制板(1)、電壓源型變頻器(2)、電流傳感器(5)、交流異步電機(6)， 所述電壓源型變頻器(2)包括不控整流橋(3)和三相全控逆變橋(4)；控制板(1)產生信號PWM1 PWM6和電壓源型變頻器(2)中的三相全控逆變 橋(4)相連；PWM1 PWM6為控制板產生的六路信號；不控整流橋(3)的輸入端和電網相連，不控整流橋(3)通過電容和三相全控逆變 橋⑷相連，電流傳感器(5)測量三相全控逆變橋⑷的輸出電流，三相全控逆變橋⑷ 的輸出端和交流異步電機(6)相連。更進一步地，所述DSP為TMS320系列；所述電流傳感器(5)為電流霍爾傳感器。更進一步地，所述三相全控逆變橋(4)由全控型開關器件組成。所述信號 PWM1 PWM6通過隔離光耦、IGBT與所述三相全控逆變橋⑷相連。一種使用上述交流異步電機電流控制裝置的交流異步電機電流控制方法，其特 徵在於所述交流異步電機電流控制方法異步電機包括以下步驟a.首先將三相電流給定值/〗、《和(，依次通過CLARK變換、K/P變換得到電流 矢量幅值給定值|is「和電流矢量角度給定值t，K/P變換即為直角坐標/極坐標變換；b.幅值控制環和角度控制環的給定值分別為|is「和0，反饋值分別為|is|和e is, 分別產生電壓矢量幅值信號^二和角度控制環的輸出0P1 ；c.電壓矢量角度給定信號為尤內部的PWM模塊根據電壓矢 量幅值信號％和電壓矢量角度給定信號尤，產生信號PWM1 PWM6，所述PWM模塊為SVPWM模塊或SPWM模塊；d.三相全控逆變橋(4)根據信號PWM1 PWM6改變定子電壓矢量的大小和方 向，實現對定子電流iA、的控制，使得。=<、iB = CB , ic = i'c ；e.電流傳感器(5)檢測到的電流iA、iB和ic再依次經過CLARK變換、PARK變 換、K/P變換得到|is|，步驟a中的電流矢量角度給定值牝經過PARK變換得到es，|is| 和9 s分別作為幅值控制環和角度控制環的反饋量；f.DSP內部的功率因數角估計器根據檢測到的定子電壓和定子電流計算出功率因 數識，對步驟C中的epi進行補償。更進一步地，所述幅值控制環包括第一電流PI調節器，所述角度控制壞包括第 二電流PI調節器。本發明所述控制方法，首先把三相電流給定值通過CLARK變換和K/P變換得到 給定電流矢量的幅值|is「和矢量的相位角I，然後，通過幅值控制環和角度控制環改變 異步電機供電的電壓矢量的幅值仏,和相位給定值《,這兩個給定值不需要經過任何變換就 可以作為PWM模塊的給定值，消除了 IPARK變換和ICLARK變換，從而有利於計算量 的降低。在生成電壓矢量相位給定值尤方法是，另0:S=0P, +玖，採用功率因數角寸 9P1進行補償是為了提高角度環的響應速度，採用給定電流矢量角牝對epi進行補償是 為了電流矢量角的控制問題轉化為直流控制問題，使得能夠利用pi調節器可以實現對電 流矢量角的控制。由於在本方法中，是直接利用電壓幅值實現對電流幅值進行控制的，只要電流 幅值大於給定值，幅值控制環可以迅速利用PI調節器減小定子電壓幅值的輸出，從而能 夠有效的避免超調現象。


圖1是本發明所述異步電機電流控制裝置的結構示意圖；圖2是所述發明在 TMS320系列DSP內部實現的控制算法框圖。
具體實施例方式如圖1所示，利用本控制方法實現的交流異步電機電流控制裝置，其特徵在於 所述電流控制裝置包括基於DSP的控制板1、電壓源型變頻器2、電流傳感器5、交流異 步電機6，所述電壓源型變頻器2包括不控整流橋3和三相全控逆變橋4;控制板1產生 信號PWM1 PWM6和電壓源型變頻器2中的三相全控逆變橋4相連；不控整流橋3的 輸入端和電網相連，不控整流橋3通過電容和三相全控逆變橋4相連，電流傳感器5測量 三相全控逆變橋4的輸出電流，三相全控逆變橋4的輸出端和交流異步電機6相連。圖2是所述發明在TMS320系列DSP內部實現的控制算法框圖，可按其工作過 程，按如下過程逐步實現所述對異步電機的電流進行控制的方法包括以下步驟a.首先將三相電流給定值0、/〗和《，依次通過CLARK變換、K/P變換得到電流
矢量幅值給定值|is「和電流矢量角度給定值牝；
b.兩個電流PI調節器的給定值分別為Iis「和0，反饋值分別為卩彡和，通過兩 個PI調節器分別產生信號f/二、θρι； ty用來實現對電流幅值的控制、θ ρι用來實現對電 壓角度的控制；c.電壓矢量角度給定值為^=θρι+φ,+φ, PWM模塊根據電壓矢量幅值信號C/ 和角度給定信號尤，產生信號PWM1-6，PWM模塊可以使用SVPWM算法或SPWM算 法，用SVPWM算法可以提高電壓利用率。d.逆變橋根據PWM1-6改變定子電壓矢量的大小和方向，實現對三相電流iA、iB 和 ic 的控制，mmA = i'A ^ iH=i;、ic 二；e.電流霍爾傳感器檢測到的電流iA、込和込，再經過CLARK、PARK、Κ/Ρ變 換得到|is|、θ 1S作為兩個PI調節器的反饋量；f.功率因數角估計器根據檢測到的定子電壓和定子電流估計出功率因數識，對θ ρι 進行補償。本實施方式中，控制板中的DSP控制晶片採用TMS320系列的DSP，這個系列 的DSP具有很強的運算能力，A/D變換採用DSP的片上A/D，PWM模塊採用SVPWM 算法產生PWM波，TMS320系列的DSP自帶的死區機制，死區時間設定為5微秒，開關 頻率設定為6K赫茲。PWM脈衝通過隔離光耦、IGBT與三相全控逆變橋相連，實現對 異步電機的電流控制。編程軟體採用CCS3.1編程環境，程式語言採用C語言，系統的初始化工作在主 函數中實現，初始化工作主要包括PI調節器參數的初始化、中斷周期初始化、I/O初始 化等。實現初始化後，主程序進行循環狀態，控制算法在定時器1的下溢中斷服務子程 序中實現，中斷服務子程序中只要包括，電流採樣子程序、PI調節器子程序、SPWM子 程序、功率角估計子程序、CLARK變換子程序、PARK變換子程序等。在實現過程中，兩個PI調節器參數可採用工程設計法整定，功率因數估計模塊 如果需要對使用定子電壓信號，可採用直接測量的方法，也可以採用估計定子電壓的方 法，如果採用對電壓進行估計的方法需要考慮死區對電壓估計值的影響，如果功率因數 角輸出信號中噪聲含量較大，可以使用低通濾波器對功率因數角的估計值進行濾波，使 用低通濾波器後可以有效的提高系統的性能。
權利要求
1.一種交流異步電機電流控制裝置，其特徵在於所述電流控制裝置包括基於DSP的 控制板(1)、電壓源型變頻器(2)、電流傳感器(5)、交流異步電機(6)，所述電壓源型變 頻器(2)包括不控整流橋(3)和三相全控逆變橋(4)；控制板⑴產生信號PWMl PWM6和電壓源型變頻器⑵中的三相全控逆變橋⑷ 相連；不控整流橋(3)的輸入端和電網相連，不控整流橋(3)通過電容和三相全控逆變橋 ⑷相連，電流傳感器(5)測量三相全控逆變橋⑷的輸出電流，三相全控逆變橋⑷的 輸出端和交流異步電機(6)相連。
2.根據權利要求1所述的交流異步電機電流控制裝置，其特徵在於所述DSP為 TMS320系列；所述電流傳感器(5)為電流霍爾傳感器。
3.根據權利要求1或2所述的交流異步電機電流控制裝置，其特徵在於所述三相全 控逆變橋(4)由全控型開關器件組成。
4.一種使用權利要求1-3任一所述的交流異步電機電流控制裝置的交流異步電機電流 控制方法，其特徵在於所述交流異步電機電流控制方法包括以下步驟a.首先將三相電流給定值<、/X，依次通過CLARK變換、K/P變換得到電流矢量 幅值給定值|is「和電流矢量角度給定值；b.幅值控制環和角度控制環的給定值分別為|is「和0，反饋值分別為舊和es，幅值 控制環和角度控制環分別產生電壓矢量幅值信號和角度控制環的輸出θρι ；C.電壓矢量角度給定信號為《= ,內部的PWM模塊根據電壓矢量幅 值信號 /,;,和電壓矢量角度給定信號元，產生信號PWMl PWM6 ；d.三相全控逆變橋(4)根據信號PWMl PWM6改變定子電壓矢量的大小和方向， 實現對定子電流iA、的控制，使得G=G、iB = i； , ic = Cc ；e.電流傳感器(5)檢測到的電流iA、再依次經過CLARK變換、PARK變換、 K/P變換得到|is|，步驟a中的電流矢量角度給定值^經過PARK變換得到θ s，|is|和 分別作為幅值控制環和角度控制環的反饋量；f.DSP內部的功率因數角估計器根據檢測到的定子電壓和定子電流計算出功率因數爐， 對步驟c中的θ ρι進行補償。
5.根據權利要求4所述的交流異步電機電流控制方法，其特徵在於所述PWM模塊 為SVPWM模塊或SPWM模塊。
6.根據權利要求4或5所述的交流異步電機電流控制方法，其特徵在於所述幅值控 制環包括第一電流PI調節器，所述角度控制環包括第二電流PI調節器。
全文摘要
一種交流電機電流控制裝置及電流控制方法，它涉及對一種對交流異步電機的三相定子電流進行控制的裝置及方法。電流控制裝置包括基於DSP的控制板、電壓源型變頻器、電流傳感器、異步電機，所述電壓源型變頻器包括不控整流橋和三相全控逆變橋；本發明所述交流電機電流控制方法的算法部分是基於TMS320系列數位訊號處理器(DSP)實現的，DSP產生的PWM波驅動電壓源型變頻器的三相全控逆變橋的全控型開關器件，變頻器的整流部分採用不控整流橋。所述控制方法是通過兩個PI調節器分別對定子電流的幅值和相位進行控制，PI調節器產生PWM模塊的給定信號，PWM模塊產生PWM波，通過對電機的定子電壓的控制實現對定子電流的控制。
文檔編號H02P21/12GK102013869SQ20101051089
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者劉碩, 孫德輝, 李正熙, 李穎宏, 楊立永, 樊生文, 王佔擴, 蔣正榮, 趙仁濤, 陳智剛 申請人:北方工業大學