专利名称：一种交流异步电机电流控制装置及电流控制方法
技术领域：
本发明涉及一种交流异步电机电流控制装置及电流控制方法，特别是一种利用 基于TMS320系列DSP实现的交流异步电机电流控制装置及电流控制方法。
背景技术：
目前，在矢量控制调速系统中绝大部分使用电压源逆变器给异步电机，特别是 异步电动机供电。在使用电压源型变频器供电的异步电机调速系统中，电流控制器主要 采用采用同步坐标系上的PI控制器，同步PI控制器能够实现开关频率固定，但是为了避 免积分饱和现象的影响，需要使用抗饱和PI调节器，造成当调速系统的上升时间和下降 时间很小时，异步电机有过流现象。所以必须寻找能够消除电动机转速快速变化时过流 现象，利用电压源型变频器供电的异步电机电流控制装置及电流控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够消除电动机转速快速变化时过流现象、具有较小 计算量的电压源型变频器供电的异步电机电流控制装置及电流控制方法，所述异步电机 可为交流异步电机，也可为异步电动机，更具体地，可为交流异步电动机本发明所述的一种交流异步电机电流控制装置，其特征在于所述电流控制装置 包括基于DSP的控制板(1)、电压源型变频器(2)、电流传感器(5)、交流异步电机(6)， 所述电压源型变频器(2)包括不控整流桥(3)和三相全控逆变桥(4)；控制板(1)产生信号PWM1 PWM6和电压源型变频器(2)中的三相全控逆变 桥(4)相连；PWM1 PWM6为控制板产生的六路信号；不控整流桥(3)的输入端和电网相连，不控整流桥(3)通过电容和三相全控逆变 桥⑷相连，电流传感器(5)测量三相全控逆变桥⑷的输出电流，三相全控逆变桥⑷ 的输出端和交流异步电机(6)相连。更进一步地，所述DSP为TMS320系列；所述电流传感器(5)为电流霍尔传感器。更进一步地，所述三相全控逆变桥(4)由全控型开关器件组成。所述信号 PWM1 PWM6通过隔离光耦、IGBT与所述三相全控逆变桥⑷相连。一种使用上述交流异步电机电流控制装置的交流异步电机电流控制方法，其特 征在于所述交流异步电机电流控制方法异步电机包括以下步骤a.首先将三相电流给定值/〗、《和(，依次通过CLARK变换、K/P变换得到电流 矢量幅值给定值|is「和电流矢量角度给定值t，K/P变换即为直角坐标/极坐标变换；b.幅值控制环和角度控制环的给定值分别为|is「和0，反馈值分别为|is|和e is, 分别产生电压矢量幅值信号^二和角度控制环的输出0P1 ；c.电压矢量角度给定信号为尤内部的PWM模块根据电压矢 量幅值信号％和电压矢量角度给定信号尤，产生信号PWM1 PWM6，所述PWM模块为SVPWM模块或SPWM模块；d.三相全控逆变桥(4)根据信号PWM1 PWM6改变定子电压矢量的大小和方 向，实现对定子电流iA、的控制，使得。=<、iB = CB , ic = i'c ；e.电流传感器(5)检测到的电流iA、iB和ic再依次经过CLARK变换、PARK变 换、K/P变换得到|is|，步骤a中的电流矢量角度给定值牝经过PARK变换得到es，|is| 和9 s分别作为幅值控制环和角度控制环的反馈量；f.DSP内部的功率因数角估计器根据检测到的定子电压和定子电流计算出功率因 数识，对步骤C中的epi进行补偿。更进一步地，所述幅值控制环包括第一电流PI调节器，所述角度控制坏包括第 二电流PI调节器。本发明所述控制方法，首先把三相电流给定值通过CLARK变换和K/P变换得到 给定电流矢量的幅值|is「和矢量的相位角I，然后，通过幅值控制环和角度控制环改变 异步电机供电的电压矢量的幅值仏,和相位给定值《,这两个给定值不需要经过任何变换就 可以作为PWM模块的给定值，消除了 IPARK变换和ICLARK变换，从而有利于计算量 的降低。在生成电压矢量相位给定值尤方法是，另0:S=0P, +玖，采用功率因数角寸 9P1进行补偿是为了提高角度环的响应速度，采用给定电流矢量角牝对epi进行补偿是 为了电流矢量角的控制问题转化为直流控制问题，使得能够利用pi调节器可以实现对电 流矢量角的控制。由于在本方法中，是直接利用电压幅值实现对电流幅值进行控制的，只要电流 幅值大于给定值，幅值控制环可以迅速利用PI调节器减小定子电压幅值的输出，从而能 够有效的避免超调现象。
图1是本发明所述异步电机电流控制装置的结构示意图；图2是所述发明在 TMS320系列DSP内部实现的控制算法框图。
具体实施例方式如图1所示，利用本控制方法实现的交流异步电机电流控制装置，其特征在于 所述电流控制装置包括基于DSP的控制板1、电压源型变频器2、电流传感器5、交流异 步电机6，所述电压源型变频器2包括不控整流桥3和三相全控逆变桥4;控制板1产生 信号PWM1 PWM6和电压源型变频器2中的三相全控逆变桥4相连；不控整流桥3的 输入端和电网相连，不控整流桥3通过电容和三相全控逆变桥4相连，电流传感器5测量 三相全控逆变桥4的输出电流，三相全控逆变桥4的输出端和交流异步电机6相连。图2是所述发明在TMS320系列DSP内部实现的控制算法框图，可按其工作过 程，按如下过程逐步实现所述对异步电机的电流进行控制的方法包括以下步骤a.首先将三相电流给定值0、/〗和《，依次通过CLARK变换、K/P变换得到电流
矢量幅值给定值|is「和电流矢量角度给定值牝；
b.两个电流PI调节器的给定值分别为Iis「和0，反馈值分别为卩彡和，通过两 个PI调节器分别产生信号f/二、θρι； ty用来实现对电流幅值的控制、θ ρι用来实现对电 压角度的控制；c.电压矢量角度给定值为^=θρι+φ,+φ, PWM模块根据电压矢量幅值信号C/ 和角度给定信号尤，产生信号PWM1-6，PWM模块可以使用SVPWM算法或SPWM算 法，用SVPWM算法可以提高电压利用率。d.逆变桥根据PWM1-6改变定子电压矢量的大小和方向，实现对三相电流iA、iB 和 ic 的控制，mmA = i'A ^ iH=i;、ic 二；e.电流霍尔传感器检测到的电流iA、込和込，再经过CLARK、PARK、Κ/Ρ变 换得到|is|、θ 1S作为两个PI调节器的反馈量；f.功率因数角估计器根据检测到的定子电压和定子电流估计出功率因数识，对θ ρι 进行补偿。本实施方式中，控制板中的DSP控制芯片采用TMS320系列的DSP，这个系列 的DSP具有很强的运算能力，A/D变换采用DSP的片上A/D，PWM模块采用SVPWM 算法产生PWM波，TMS320系列的DSP自带的死区机制，死区时间设定为5微秒，开关 频率设定为6K赫兹。PWM脉冲通过隔离光耦、IGBT与三相全控逆变桥相连，实现对 异步电机的电流控制。编程软件采用CCS3.1编程环境，编程语言采用C语言，系统的初始化工作在主 函数中实现，初始化工作主要包括PI调节器参数的初始化、中断周期初始化、I/O初始 化等。实现初始化后，主程序进行循环状态，控制算法在定时器1的下溢中断服务子程 序中实现，中断服务子程序中只要包括，电流采样子程序、PI调节器子程序、SPWM子 程序、功率角估计子程序、CLARK变换子程序、PARK变换子程序等。在实现过程中，两个PI调节器参数可采用工程设计法整定，功率因数估计模块 如果需要对使用定子电压信号，可采用直接测量的方法，也可以采用估计定子电压的方 法，如果采用对电压进行估计的方法需要考虑死区对电压估计值的影响，如果功率因数 角输出信号中噪声含量较大，可以使用低通滤波器对功率因数角的估计值进行滤波，使 用低通滤波器后可以有效的提高系统的性能。
权利要求
1.一种交流异步电机电流控制装置，其特征在于所述电流控制装置包括基于DSP的 控制板(1)、电压源型变频器(2)、电流传感器(5)、交流异步电机(6)，所述电压源型变 频器(2)包括不控整流桥(3)和三相全控逆变桥(4)；控制板⑴产生信号PWMl PWM6和电压源型变频器⑵中的三相全控逆变桥⑷ 相连；不控整流桥(3)的输入端和电网相连，不控整流桥(3)通过电容和三相全控逆变桥 ⑷相连，电流传感器(5)测量三相全控逆变桥⑷的输出电流，三相全控逆变桥⑷的 输出端和交流异步电机(6)相连。
2.根据权利要求1所述的交流异步电机电流控制装置，其特征在于所述DSP为 TMS320系列；所述电流传感器(5)为电流霍尔传感器。
3.根据权利要求1或2所述的交流异步电机电流控制装置，其特征在于所述三相全 控逆变桥(4)由全控型开关器件组成。
4.一种使用权利要求1-3任一所述的交流异步电机电流控制装置的交流异步电机电流 控制方法，其特征在于所述交流异步电机电流控制方法包括以下步骤a.首先将三相电流给定值<、/X，依次通过CLARK变换、K/P变换得到电流矢量 幅值给定值|is「和电流矢量角度给定值；b.幅值控制环和角度控制环的给定值分别为|is「和0，反馈值分别为旧和es，幅值 控制环和角度控制环分别产生电压矢量幅值信号和角度控制环的输出θρι ；C.电压矢量角度给定信号为《= ,内部的PWM模块根据电压矢量幅 值信号 /,;,和电压矢量角度给定信号元，产生信号PWMl PWM6 ；d.三相全控逆变桥(4)根据信号PWMl PWM6改变定子电压矢量的大小和方向， 实现对定子电流iA、的控制，使得G=G、iB = i； , ic = Cc ；e.电流传感器(5)检测到的电流iA、再依次经过CLARK变换、PARK变换、 K/P变换得到|is|，步骤a中的电流矢量角度给定值^经过PARK变换得到θ s，|is|和 分别作为幅值控制环和角度控制环的反馈量；f.DSP内部的功率因数角估计器根据检测到的定子电压和定子电流计算出功率因数炉， 对步骤c中的θ ρι进行补偿。
5.根据权利要求4所述的交流异步电机电流控制方法，其特征在于所述PWM模块 为SVPWM模块或SPWM模块。
6.根据权利要求4或5所述的交流异步电机电流控制方法，其特征在于所述幅值控 制环包括第一电流PI调节器，所述角度控制环包括第二电流PI调节器。
全文摘要
一种交流电机电流控制装置及电流控制方法，它涉及对一种对交流异步电机的三相定子电流进行控制的装置及方法。电流控制装置包括基于DSP的控制板、电压源型变频器、电流传感器、异步电机，所述电压源型变频器包括不控整流桥和三相全控逆变桥；本发明所述交流电机电流控制方法的算法部分是基于TMS320系列数字信号处理器(DSP)实现的，DSP产生的PWM波驱动电压源型变频器的三相全控逆变桥的全控型开关器件，变频器的整流部分采用不控整流桥。所述控制方法是通过两个PI调节器分别对定子电流的幅值和相位进行控制，PI调节器产生PWM模块的给定信号，PWM模块产生PWM波，通过对电机的定子电压的控制实现对定子电流的控制。
文档编号H02P21/12GK102013869SQ20101051089
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者刘硕, 孙德辉, 李正熙, 李颖宏, 杨立永, 樊生文, 王占扩, 蒋正荣, 赵仁涛, 陈智刚 申请人:北方工业大学