一種電機(jī)定子電流的采樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電機(jī)矢量控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及定子電流檢測和采樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 定子電流的正確采樣是實(shí)現(xiàn)電機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)。在矢量控制當(dāng)中，電流內(nèi)環(huán)的 快速響應(yīng)能力直接影響系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)，正確的定子電流采集來進(jìn)行坐標(biāo)變換是非常關(guān)鍵 的。
[0003] 例如專利申請(qǐng)201410474695. 7,公開了一種葉輪不平衡故障的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定 子電流診斷方法，該方法具體包括：采集雙饋發(fā)電機(jī)定子單相電流，利用FFT分析提取出該 定子單相電流的基波頻率；利用得到的基波頻率計(jì)算葉輪不平衡故障下定子相電流的故障 特征分量；采集風(fēng)電機(jī)組葉輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，計(jì)算定子電流葉輪不平衡故障特征頻率；利用FFT 對(duì)得到的定子相電流的故障特征分量進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)此時(shí)的故障特征頻率，提取出該 頻率處的幅值，并與同一風(fēng)速工況時(shí)，風(fēng)電機(jī)組正常情況下的特征頻率幅值作比較判斷故 障嚴(yán)重程度。該方法的利用頻率特性來進(jìn)行故障判斷，取樣及計(jì)算都頗為復(fù)雜，且頻率容易 收到多種因素干擾，難以做的準(zhǔn)確取樣。
[0004] 因此，在電機(jī)定子電流控制系統(tǒng)當(dāng)中，常用的電流采樣主要有：1)利用兩個(gè)電流 傳感器器采樣電機(jī)的兩相相電流；2)利用單電阻采樣直流母線的電流，以此來重構(gòu)電機(jī)的 相電流。
[0005] 利用電流傳感器法的成本較高、體積較大，在價(jià)格比較敏感的電機(jī)調(diào)速產(chǎn)品往往 會(huì)受到限制。在單電阻采樣，為了采集母線電流和相電流重構(gòu)，采用空間電壓矢量調(diào)制方 法。在實(shí)際中，硬件的部分滯后會(huì)造成單電阻采樣會(huì)在非觀測區(qū)不能進(jìn)行電流重構(gòu)，而在一 個(gè)扇區(qū)內(nèi)的兩次采樣也會(huì)在控制上增加復(fù)雜程度，如圖1和圖2所示，在第一扇區(qū)內(nèi)，兩次 采樣過程開關(guān)導(dǎo)通情況和電流的流向情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī)定子電流的采樣方法，該方法 既可以減少采集的復(fù)雜程度，又可以節(jié)約成本。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0008] -種電機(jī)定子電流的采樣方法，該方法包括：
[0009] 101、定義逆變器橋臂的開關(guān)狀態(tài)為Sa，Sb，S。，當(dāng)上橋臂導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)狀態(tài)為'1'，否 則狀態(tài)為'〇' ；
[0010] 102、上橋臂全部處于關(guān)斷，下橋臂全部開通的時(shí)刻，即SaSbS。= '000'，進(jìn)行采集 兩相定子電流；
[0011] 103、采集到的兩相定子電流，利用ia+ib+i。= 0這個(gè)約束條件，再進(jìn)行靜止三相坐 標(biāo)到兩相靜止正交坐標(biāo)系的變化，其中，ia、ib和i。是電機(jī)A相、B相和C相的定子電流。
[0012] 所述步驟102中，采樣電路的電阻為精密電阻RJPR2，安裝在下橋臂與地之間，而 A和B為運(yùn)放，用作調(diào)理定子電流，直流母線側(cè)為電壓為Vd。，GND為地。
[0013] 在第一扇區(qū)內(nèi)，A相定子電流經(jīng)過精密電阻，經(jīng)過二極管續(xù)流，再流進(jìn)電機(jī)當(dāng)中的 中性點(diǎn)，對(duì)于B相定子電流，從電流的中性點(diǎn)流出經(jīng)過精密電阻之后再流給電源的負(fù)端，這 樣只要采集一次就能夠得出A和B相的定子電流，另外扇區(qū)的采集方式也是類似的。
[0014] 所述方法中，任意時(shí)刻上下橋臂之間不能同時(shí)導(dǎo)通，否則，電源直通則會(huì)損壞逆變 器。
[0015] 所述靜止三相坐標(biāo)到兩相靜止正交坐標(biāo)系的變化的表達(dá)式為：
[0017] 所述采樣電路后接有提升電路，因?yàn)椴杉诫姍C(jī)的定子電流為雙極性，而流入控 制器的信號(hào)為單極性且處于OV-3. 3V之間，需要一個(gè)提升電路。
[0018] 進(jìn)一步，所述提升電路同時(shí)有放大電路，當(dāng)電機(jī)處于空載或負(fù)載較小的情況下， 定子電流的值較小，需要放大，放大的倍數(shù)不宜過大，放大后的電壓信號(hào)的峰值最好處于 OV-3. 3V之間。
[0019] 本發(fā)明通過特定的采樣方法，可以減少采集的復(fù)雜程度，只要采集一次就能夠得 出A和B相的定子電流，又可以節(jié)約成本。
【附圖說明】
[0020] 圖1是單電阻采樣方式一的設(shè)計(jì)框圖。
[0021] 圖2是單電阻采樣方式二的設(shè)計(jì)框圖。
[0022] 圖3是空間電壓矢量及扇區(qū)分區(qū)圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施定子電流采集框圖。
[0024] 圖5是采樣時(shí)刻的電流流向圖。
[0025] 圖6是本發(fā)明實(shí)施提升電路的電路圖。
[0026] 圖7是本發(fā)明實(shí)施放大電路的電路圖。
[0027] 圖8是本發(fā)明實(shí)施定子電流調(diào)制的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0029] 請(qǐng)參照?qǐng)D4所示，本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的電機(jī)定子電流的采樣方法，該方法包括：
[0030] 101、定義逆變器橋臂的開關(guān)狀態(tài)為Sa，Sb，S。，當(dāng)上橋臂導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)狀態(tài)為'1'， 否則狀態(tài)為'〇' ；這里同樣采用電壓空間矢量調(diào)制的方式，該方式的原理為：通過控制非零 電壓基本電壓矢量Uq(IOO)、U6。(110)、U12。(010)、Ulfffl (011)、U24。(011)、U3m(IOI)和零矢量 O000 (OOO)、0m (000)的作用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)電壓波形的控制。6個(gè)非零的電壓矢量將 空間電壓矢量平面分為6個(gè)扇區(qū)，如圖3所示。電機(jī)為M，電阻為精密電阻&和R2，安裝在 下橋臂與地之間，而A和B為運(yùn)放，用作調(diào)理定子電流，直流母線側(cè)為電壓為Vd。，GND為地。
[0031] 102、當(dāng)逆變器上橋臂全部處于關(guān)斷，下橋臂全部開通的時(shí)刻進(jìn)行采集兩相定子電 流；在任何一個(gè)扇區(qū)內(nèi)，只有在〇_(〇〇〇)這個(gè)時(shí)刻采集，如圖4所示，因?yàn)殡姍C(jī)繞組的線圈 呈感性，流過線圈上的相電流不能突變，此時(shí)流過精密電阻&和R2的電流為定子續(xù)流的電 流，與下橋臂并聯(lián)的二極管能夠起到續(xù)流的作用，即為電機(jī)的定子電流。
[0032] 結(jié)合圖5所示，在第一扇區(qū)內(nèi)采集，A相定子電流經(jīng)過精密電阻，經(jīng)過二極管續(xù)流， 再流進(jìn)電機(jī)當(dāng)中的中性點(diǎn)，對(duì)于B相，從電流的中性點(diǎn)流出經(jīng)過精密電阻之后再流給電源 的負(fù)端，在不同的扇區(qū)，A和B相的電流流向如圖5所示，在任何一個(gè)扇區(qū)只要采集一次就 能夠得出A和B相的定子電流，在另外扇區(qū)內(nèi)，電流流向如圖5所示。
[0033] 103、采集到的兩相定子電流，利用ia+ib+i。= 0這個(gè)約束條件，再進(jìn)行靜止三相坐 標(biāo)到兩相靜止正交坐標(biāo)系的變化，其中，ia、ib和i。是電機(jī)A相、B相和C相的定子電流。
[0035] 對(duì)于上述提到的逆變器可以是ST(意法半導(dǎo)體）公司的P75NF75,精密電阻可以 是0. 5Q，功率是1W，1%精度，封裝類型為2512。集成運(yùn)放芯片可以為LM358。對(duì)于電機(jī)， 可以是永磁同步電機(jī)，四對(duì)極，額定功率為30W，控制器可以是Altera公司提供的Cyclone III型的EP3C25Q240C8N，這里的AD轉(zhuǎn)換芯片可以是AD9201，該芯片通過FPGA輸出的方波 上升沿和下降沿觸發(fā)，可以同時(shí)轉(zhuǎn)換兩路定子電流。
[0036] PffM的調(diào)制在FPGA芯片內(nèi)過程當(dāng)中，運(yùn)用的載波為三角波，這里采用電壓空間矢 量PffM(SVPffM)控制技術(shù)，調(diào)制波為馬鞍波，在三角波的開始計(jì)數(shù)，此時(shí)就是采集時(shí)刻，這時(shí) 逆變器上橋臂是關(guān)斷的，下橋臂是開通的，控制同步在FPGA上輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，從而觸 發(fā)外圍的AD芯片，使其開始轉(zhuǎn)換。
[0037] 采集到電機(jī)的定子電流為雙極性，而流入控制器的信號(hào)為單極性且處于OV-3. 3V 之間，需要一個(gè)提升電路，如圖6所示。另外，電機(jī)處于空載或負(fù)載較小的情況下，定子電流 的值較小，需要放大，放大電路如圖7所示，放大的倍數(shù)不宜過大，其峰值處于0-3. 3V之間。
I. 65V〇
[0039] 定子電流A相的放大電路如圖7所示，由上述輸出的Vraf的電壓連接到圖當(dāng)中的
放大倍數(shù)需要不斷調(diào)整好R3、&和R5的值。當(dāng)脈沖從FPGA輸出觸發(fā)信號(hào)時(shí)，AD9201接收 到來自FPGA的脈沖信號(hào)之后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到的正確的數(shù)字量后直接送到后續(xù)的坐標(biāo) 變換運(yùn)算。
[0040] 同樣，對(duì)于B相的定子電流的調(diào)理也是基于以上分析的。
[0041] 圖8所示為電機(jī)上讀取的定子電流經(jīng)過調(diào)制之后，最終送入到控制器的示意圖， 在控制器里面的得到的都是數(shù)字量，其最高位的O和1代表的是符號(hào)位，1表示負(fù)，O表示 正。
[0042] 本發(fā)明通過上述的采樣方法，可以減少采集的復(fù)雜程度，只要采集一次就能夠得 出A和B相的定子電流，又可以節(jié)約成本。
[0043] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電機(jī)定子電流的采樣方法，其特征在于該方法包括： 101、 定義逆變器橋臂的開關(guān)狀態(tài)為sa，Sb，S。，當(dāng)上橋臂導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)狀態(tài)為' 1'，否則狀 態(tài)為'〇' ； 102、 當(dāng)逆變器上橋臂全部處于關(guān)斷，下橋臂全部開通的時(shí)刻，即SaSb\= '000'，進(jìn)行 采集兩相定子電流； 103、 采集到的兩相定子電流，利用ia+ib+L= 0這個(gè)約束條件，再進(jìn)行靜止三相坐標(biāo)到 兩相靜止正交坐標(biāo)系的變化，其中，ia、ib和i。是電機(jī)A相、B相和C相的定子電流。2. 如權(quán)利要求1所述的電機(jī)定子電流的采樣方法，其特征在于所述步驟102中，采樣電 路的電阻為精密電阻&和R2，安裝在下橋臂與地之間，直流母線側(cè)為電壓為Vd。，GND為地。3. 如權(quán)利要求1所述的電機(jī)定子電流的采樣方法，其特征在于所述方法中，任意時(shí)刻 上下橋臂之間不能同時(shí)導(dǎo)通。4. 如權(quán)利要求1所述的電機(jī)定子電流的采樣方法，其特征在于所述靜止三相坐標(biāo)到兩 相靜止正交坐標(biāo)系的變化的表達(dá)式為：5. 如權(quán)利要求2所述的電機(jī)定子電流的采樣方法，其特征在于所述采樣電路后接有提 升電路。6. 如權(quán)利要求2所述的電機(jī)定子電流的采樣方法，其特征在于所述后接有放大電路， 且放大后的電壓信號(hào)的峰值處于OV-3. 3V之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了電機(jī)矢量控制中的一種電機(jī)定子電流的采樣方法，該方法包括首先定義逆變器橋臂的開關(guān)狀態(tài)為Sa，Sb，Sc，當(dāng)上橋臂導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)狀態(tài)為‘1’，否則狀態(tài)為‘0’；然后，當(dāng)上橋臂全部處于關(guān)斷，下橋臂全部開通的時(shí)刻進(jìn)行兩相定子電流的采集；采集到的兩相定子電流，利用ia+ib+ic＝0這個(gè)約束條件，再進(jìn)行靜止三相坐標(biāo)到兩相靜止正交坐標(biāo)系的變化，這樣定子電流就正確采集。其中，ia、ib和ic是電機(jī)A相、B相和C相的定子電流。本發(fā)明通過特定的采樣方法，可以減少采集的復(fù)雜程度，只需采集一次就能夠得出A和B相的定子電流，可節(jié)約成本。
【IPC分類】H02P21/14
【公開號(hào)】CN105024614
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510385986
【發(fā)明人】吳禮智, 齊凡
【申請(qǐng)人】深圳市富晶科技有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年6月30日