算放大器、电阻R16、电阻R13、电阻R14、电 阻R15、电阻R12、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C11、电容C12、i^一号二极管Dll和十二 号二极管D12， 电流霍尔传感器（5)的电流信号输出端同时连接电阻R12的一端、电容Cll的一端和电 阻R14的一端，电容Cll的另一端同时连接电阻R12的另一端、电阻R15的一端和电源地， 电阻R15的另一端同时连接电阻R14的另一端、电阻R13的一端和一个型号为LF353的功 率运算放大器的同相输入端， 电阻R13的另一端同时连接另一个型号为LF353的功率运算放大器的输出端和另一个 型号为LF353的功率运算放大器的反相输入端，另一个型号为LF353的功率运算放大器的 同相输入端同时连接电解电容E12的正极和滑动变阻器Wll的滑动端，电解电容E12的负 极同时连接滑动变阻器Wll的一端、稳压二极管WYll的阳极、电解电容Ell的负极和电源 地， 电解电容Ell的正极同时连接稳压二极管WYll的阳极、滑动变阻器Wll的另一端和电 阻Rll的一端，电阻Rll的另一端连接供电电源的+15V电源， 一个型号为LF353的功率运算放大器的反相输入端同时连接电阻R16的一端和电阻 R17的一端，电阻R16的另一端连接电源地，电阻R17的另一端同时连接一个型号为LF353 的功率运算放大器的输出端和电阻R18的一端，电阻R18的另一端同时连接电容C12的一 端、十二号二极管D12的阴极、电阻R19的一端和^^一号二极管Dll的阳极，十二号二极管 D12的阳极同时连接电源地和电容C12的另一端，十一号二极管Dll的阴极连接供电电源的 +3. 3V电源，电阻R19的另一端作为电流采样处理电路（10)的电流信号输出端； 信号隔离驱动单元（9)包括锁存电路、型号为ZSD315A的驱动模块、电阻R31、电阻R32、 电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、稳压二极管D31、电容C31、电 容C32、电容C31、三二号二极管D32、三三号二极管D33、三四号二极管D34和三五号二极管 D35， PffM分配板（8)的三相PffM信号输出端分别连接型号为ZSD315A的驱动模块的InA端、InB端和锁存电路的PffM信号输入端，锁存电路的输出端同时连接型号为ZSD315A的驱动模 块的VL端、稳压二极管D31的阴极和电阻R31的一端，电阻R31的另一端同时连接电源地 和型号为ZSD315A的驱动模块的VDD端，稳压二极管D31的阳极同时连接电源地和型号为 ZSD315A的驱动模块的MOD端， 锁存电路的输入端同时连接电阻R32的一端、电阻R33的一端、电阻R34的一端、型号 为ZSD315A的驱动模块的SOl端和型号为ZSD315A的驱动模块的S02端， 电阻R32的另一端、电阻R33的另一端、电阻R34的另一端均连接电源地， 型号为ZSD315A的驱动模块的RCl端连接电容C31的一端，电容C31的另一端连接电 源地， 型号为ZSD315A的驱动模块的RC2端连接电容C32的一端，电容C32的另一端连接电 源地， 型号为ZSD315A的驱动模块的Cl端连接三二号二极管D32的阳极，三二号二极管D32 的阴极连接三三号二极管D33的阳极，三三号二极管D33的阴极连接一相功率单元的集电 极， 型号为ZSD315A的驱动模块的Rthl端连接电阻R35的一端，电阻R35的另一端连接一 相功率单元的基极， 型号为ZSD315A的驱动模块的El端连接电阻R36的一端，电阻R36的另一端同时连接 型号为ZSD315A的驱动模块的El端和一号三极管A+并联二极管的阳极， 型号为ZSD315A的驱动模块的C2端连接三四号二极管D34的阳极，三四号二极管D34 的阴极连接三五号二极管D35的阳极，三五号二极管D35的阴极连接二号三极管Al-的集 电极， 型号为ZSD315A的驱动模块的Rth2端连接电阻R37的一端，电阻R37的另一端同时连 接型号为ZSD315A的驱动模块的E2端和一号三极管A-并联二极管的阳极， 型号为ZSD315A的驱动模块的G2端连接电阻R38的一端，电阻R38的另一端连接二号 三极管Al-的基极。4.根据权利要求1所述的基于无传感器的高压级联变频器矢量控制系统实现的矢量 控制方法，其特征在于，它包括以下内容， 步骤一、移相变压器（1)将接收的三相交流电给六级联三相逆变器（3)，通过六级联三 相逆变器（3 )逆变之后，驱动电机运转， 电机运行期间，由电流霍尔传感器（5)和电压霍尔传感器（6)分别检测电机的定子三 相电流信号ia，ib，i。和三相电压信号ua，ub，u。，电机的定子三相电流信号ia，ib，i。经过电流 采样处理电路10处理后，将处理后的电机的定子三相电流信号ia，ib，i。和三相电压信号 ua，ub，u。经过克拉克变换模块（7-1)变换为两相静止坐标系下的电流i。，i和两相静止坐 标系下的电压u。，u，再经过派克变换模块（7-2 )的变换得到dq坐标系下的两路电流信号 iq、id和两路电压信号Uq、ud， 两路电流信号iq、ijp两路电压信号Uq、ud通过自适应观测器（7-3)的计算获得电机 转速CO和磁链角度0P该磁链角度^同时输入到派克变换模块（7-2)和派克你逆变换模 块（7-9)中， 步骤二、步骤一获得的电机转速《与输入的转速参考值在第一减法器（7-4)中进 行运算后，输出结果经过速度控制器（7-5)进行比较，输出给定的q轴电流，与派克变换模 块（7-2)输出的一路电流信号iq在第三减法器（7-6)中进行加法运算后，将结果输出给第 一PI控制器（7-7)，从而得到给定的q轴电压巧/同时，派克变换模块（7-2)输出的另一路 电流信号、与直轴给定电流同时输入到第二减法器（7-11)中进行运算，输出结果通过第二 PI控制器（7-8)的控制，获得给定的的d轴电压％， 给定的q轴电压和给定的的d轴电压'同时通过派克逆变换模块（7-9)的变换分别得 到静止坐标系下的a轴电压 < 和静止坐标系下的0轴电压^，再经过克拉克逆变换模 块（7-10)的变换输出三相电压数字参考信号Ufcef、uBraf和u&ef， 步骤三、步骤二获得的三相电压数字参考信号Ufcef、uBraf和u&ef在FPGA中与PffM分配 板内的六路相位互差/6的三角波数字信号作比较，从而输出三相移相式PffM信号，每相 移相式PffM信号有六对PffM序列，该信号经过信号隔离驱动电路的信号隔离，每相六对PffM 序列分别驱动六级联三相逆变器，实现对电动机的矢量控制。5.根据权利要求4所述的基于无传感器的高压级联变频器矢量控制系统实现的矢量 控制方法，其特征在于，步骤一中，由电流霍尔传感器（5)和电压霍尔传感器（6)分别检测 电机的三相电流信号ia，ib，i。和三相电压信号ua，ub，u。，检测到的信号经过克拉克变换模块 (7-1)变换为两相静止坐标系下的电流信号i。，％和两相静止坐标系下的电压信号ua，U{! 的过程为： 根据公式：将三相电流信号ia，ib，i。变换到两相静止坐标系下的电流信号i。，％， 根据公式：将三相电压信号Ua,Ub,U。变换到两相静止坐标系下的电压信号Ua，Up， 步骤一中，再经过派克变换模块（7-2)的变换得到dq坐标系下的两路电流信号iq、id 和两路电压信号uq、叫的过程为： 根据公式：将两相静止坐标系电压信号Ua，Ufi变换为两路电压信号uq、ud。6.根据权利要求4所述的基于无传感器的高压级联变频器矢量控制系统实现的矢量 控制方法，其特征在于，步骤一中，得到的两相静止坐标系电压Ua，Ufi经过派克变换模块 (7-2)得到两路电压信号Uq、叫的过程为： 永磁同步电机（4)的定子电压包括定子绕组电阻Rs的压降和定子磁链也s的变化产生 的压降，即：其中，is为三相定子绕组通以三相交流合成的电流矢量，下标s表示静止坐标系， 永磁同步电机（4)定子磁链不仅包括由定电流产生的磁链，同时还包括由永磁体产生 的磁链，即：设9为定子电压矢量\与a轴夹角，贝IjUa=UsCos9 U^=UsSin9 在转子旋转坐标中，即dq坐标系中，定子电压Usl^电流;^、磁链空间矢量Itsl^有：结合公式5至公式7,分离Uv和也勺实轴和虚轴，即获得旋转坐标系下电机磁链方 程和电压方程：获得的定子磁链的d轴分量Usd和usq分别为ujPuq，isd和isq分别为ijPiq， 其中，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，S为转子角速度。7.根据权利要求4所述的基于无传感器的高压级联变频器矢量控制系统实现的矢量 控制方法，其特征在于，自适应观测器（7-3 )包括参考模型、可调模型和自适应机构， 参考模型用于根据输入的dq坐标系下派克变换模块的电流信号输出端id、派克变换模 块的电流信号输出端iq、派克变换模块的电压信号输出端％和派克变换模块的电压信号输 出端Uq合成一个定子电流矢量i' s， 可调模型用于根据输入的电流信号输出端id和派克变换模块的电流信号输出端iq合 成另一个定子电流矢量t，并接收自适应机构的输出结果，对该输出结果进行参数调节后 输出给第一减法器， 自适应机构用于接收定子电流矢量i' 3和通过比较器比较后的结果，通过参数调 节，生成电机转速《和磁链角度L。8.根据权利要求7所述的基于无传感器的高压级联变频器矢量控制系统实现的矢量 控制方法，其特征在于，自适应机构用于根据输入的定子电流矢量i' 3和I通过比较器比 较后的结果，通过参数调节，生成电机转速《和磁链角度吣的过程为： 电机dq坐标系下的电压方程可写成如下形式：式中：$、€和，分别为1'心1/。和0^的估计值，估计值若与实际值相等，则公式 15就转换为公式14，自适应观测器（7-3)是渐进稳定的，对公式16进行逆向求解就可以得到自适应规律， 其结果为：式中山和iq是电机实测值，Cf和I由可调模型计算得到，心和Kp为自适应观测器的 两个可调参数， 将公式17写成：eu经过PI调节器作用后产生了速度信号舍，舍会迫使可调模型估计的？与实际的 i's-致，令定子电流矢量误差能够收敛于零，使转速估计值含等于实际值 将公式13代入公式17,可得电机转速《 :式中山和iq是电机实测电流值经旋转坐标变换得到的值，由可调整模型计算 得到， 在通过公式：获得磁链角度估计值士，磁链角度估计值&等于磁链角度实际值0P即。 r r r r
【专利摘要】基于无传感器的高压级联变频器矢量控制系统及其控制方法，涉及级联变频器控制领域。本发明是为了解决现有永磁同步电机运动控制系统复杂，可靠性差，并且对电机的控制稳定性差的问题。本发明所述的将三相交流电流解耦为励磁分量和转矩分量，然后模仿直流电动机控制方法对其进行控制。它可用于对电机的矢量控制。
【IPC分类】H02P21/00, H02P21/14
【公开号】CN105048910
【申请号】CN201510401596
【发明人】陈晓雷, 高晗樱, 宿海涛
【申请人】国家电网公司, 黑龙江省电力科学研究院, 哈尔滨华奥新技术开发有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月9日