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(shù)領域：
本發(fā)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 基于TMS320系列DSP實現(xiàn)的交流異步電機電流控制裝置及電流控制方法。
背景技術(shù)：
目前，在矢量控制調(diào)速系統(tǒng)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(diào)速系統(tǒng)中，電流控制器主要 采用采用同步坐標系上的PI控制器，同步PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)頻率固定，但是為了避 免積分飽和現(xiàn)象的影響，需要使用抗飽和PI調(diào)節(jié)器，造成當調(diào)速系統(tǒng)的上升時間和下降 時間很小時，異步電機有過流現(xiàn)象。所以必須尋找能夠消除電動機轉(zhuǎn)速快速變化時過流 現(xiàn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠消除電動機轉(zhuǎn)速快速變化時過流現(xiàn)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(fā)明所述的一種交流異步電機電流控制裝置，其特征在于所述電流控制裝置 包括基于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(chǎn)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(chǎn)生的六路信號；不控整流橋(3)的輸入端和電網(wǎng)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(guān)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 征在于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(huán)和角度控制環(huán)的給定值分別為|is「和0，反饋值分別為|is|和e is, 分別產(chǎn)生電壓矢量幅值信號^二和角度控制環(huán)的輸出0P1 ；c.電壓矢量角度給定信號為尤內(nèi)部的PWM模塊根據(jù)電壓矢 量幅值信號％和電壓矢量角度給定信號尤，產(chǎn)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(jù)信號PWM1 PWM6改變定子電壓矢量的大小和方 向，實現(xiàn)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(jīng)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(jīng)過PARK變換得到es，|is| 和9 s分別作為幅值控制環(huán)和角度控制環(huán)的反饋量；f.DSP內(nèi)部的功率因數(shù)角估計器根據(jù)檢測到的定子電壓和定子電流計算出功率因 數(shù)識，對步驟C中的epi進行補償。更進一步地，所述幅值控制環(huán)包括第一電流PI調(diào)節(jié)器，所述角度控制壞包括第 二電流PI調(diào)節(jié)器。本發(fā)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，然后，通過幅值控制環(huán)和角度控制環(huán)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(jīng)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，從而有利于計算量 的降低。在生成電壓矢量相位給定值尤方法是，另0:S=0P, +玖，采用功率因數(shù)角寸 9P1進行補償是為了提高角度環(huán)的響應速度，采用給定電流矢量角牝?qū)pi進行補償是 為了電流矢量角的控制問題轉(zhuǎn)化為直流控制問題，使得能夠利用pi調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)對電 流矢量角的控制。由于在本方法中，是直接利用電壓幅值實現(xiàn)對電流幅值進行控制的，只要電流 幅值大于給定值，幅值控制環(huán)可以迅速利用PI調(diào)節(jié)器減小定子電壓幅值的輸出，從而能 夠有效的避免超調(diào)現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明所述異步電機電流控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是所述發(fā)明在 TMS320系列DSP內(nèi)部實現(xiàn)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(xiàn)的交流異步電機電流控制裝置，其特征在于 所述電流控制裝置包括基于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(chǎn)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(wǎng)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(fā)明在TMS320系列DSP內(nèi)部實現(xiàn)的控制算法框圖，可按其工作過 程，按如下過程逐步實現(xiàn)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器分別產(chǎn)生信號f/二、θρι； ty用來實現(xiàn)對電流幅值的控制、θ ρι用來實現(xiàn)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(jù)電壓矢量幅值信號C/ 和角度給定信號尤，產(chǎn)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(jù)PWM1-6改變定子電壓矢量的大小和方向，實現(xiàn)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(jīng)過CLARK、PARK、Κ/Ρ變 換得到|is|、θ 1S作為兩個PI調(diào)節(jié)器的反饋量；f.功率因數(shù)角估計器根據(jù)檢測到的定子電壓和定子電流估計出功率因數(shù)識，對θ ρι 進行補償。本實施方式中，控制板中的DSP控制芯片采用TMS320系列的DSP，這個系列 的DSP具有很強的運算能力，A/D變換采用DSP的片上A/D，PWM模塊采用SVPWM 算法產(chǎn)生PWM波，TMS320系列的DSP自帶的死區(qū)機制，死區(qū)時間設定為5微秒，開關(guān) 頻率設定為6K赫茲。PWM脈沖通過隔離光耦、IGBT與三相全控逆變橋相連，實現(xiàn)對 異步電機的電流控制。編程軟件采用CCS3.1編程環(huán)境，編程語言采用C語言，系統(tǒng)的初始化工作在主 函數(shù)中實現(xiàn)，初始化工作主要包括PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的初始化、中斷周期初始化、I/O初始 化等。實現(xiàn)初始化后，主程序進行循環(huán)狀態(tài)，控制算法在定時器1的下溢中斷服務子程 序中實現(xiàn)，中斷服務子程序中只要包括，電流采樣子程序、PI調(diào)節(jié)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(xiàn)過程中，兩個PI調(diào)節(jié)器參數(shù)可采用工程設計法整定，功率因數(shù)估計模塊 如果需要對使用定子電壓信號，可采用直接測量的方法，也可以采用估計定子電壓的方 法，如果采用對電壓進行估計的方法需要考慮死區(qū)對電壓估計值的影響，如果功率因數(shù) 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(shù)角的估計值進行濾波，使 用低通濾波器后可以有效的提高系統(tǒng)的性能。
權(quán)利要求
1.一種交流異步電機電流控制裝置，其特征在于所述電流控制裝置包括基于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(chǎn)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(wǎng)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(jù)權(quán)利要求1所述的交流異步電機電流控制裝置，其特征在于所述DSP為 TMS320系列；所述電流傳感器(5)為電流霍爾傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流異步電機電流控制裝置，其特征在于所述三相全 控逆變橋(4)由全控型開關(guān)器件組成。
4.一種使用權(quán)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，其特征在于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(huán)和角度控制環(huán)的給定值分別為|is「和0，反饋值分別為舊和es，幅值 控制環(huán)和角度控制環(huán)分別產(chǎn)生電壓矢量幅值信號和角度控制環(huán)的輸出θρι ；C.電壓矢量角度給定信號為《= ,內(nèi)部的PWM模塊根據(jù)電壓矢量幅 值信號 /,;,和電壓矢量角度給定信號元，產(chǎn)生信號PWMl PWM6 ；d.三相全控逆變橋(4)根據(jù)信號PWMl PWM6改變定子電壓矢量的大小和方向， 實現(xiàn)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(jīng)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(jīng)過PARK變換得到θ s，|is|和 分別作為幅值控制環(huán)和角度控制環(huán)的反饋量；f.DSP內(nèi)部的功率因數(shù)角估計器根據(jù)檢測到的定子電壓和定子電流計算出功率因數(shù)爐， 對步驟c中的θ ρι進行補償。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流異步電機電流控制方法，其特征在于所述PWM模塊 為SVPWM模塊或SPWM模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的交流異步電機電流控制方法，其特征在于所述幅值控 制環(huán)包括第一電流PI調(diào)節(jié)器，所述角度控制環(huán)包括第二電流PI調(diào)節(jié)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于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(fā)明所述交流電機電流控制方法的算法部分是基于TMS320系列數(shù)字信號處理器(DSP)實現(xiàn)的，DSP產(chǎn)生的PWM波驅(qū)動電壓源型變頻器的三相全控逆變橋的全控型開關(guān)器件，變頻器的整流部分采用不控整流橋。所述控制方法是通過兩個PI調(diào)節(jié)器分別對定子電流的幅值和相位進行控制，PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生PWM模塊的給定信號，PWM模塊產(chǎn)生PWM波，通過對電機的定子電壓的控制實現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者劉碩, 孫德輝, 李正熙, 李穎宏, 楊立永, 樊生文, 王占擴, 蔣正榮, 趙仁濤, 陳智剛 申請人:北方工業(yè)大學