CN105071734B - 一种改善电机电流过零点不平滑的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善电机电流过零点不平滑的控制方法，首先分别打出两段直流电流，分别为马达额定电流的68％和100％，求解定子电阻Rs；然后分别打出16段直流电流，以变频器额定作为基准，分别为变频器额定的8192分之[2048,1792,1536,1280,1024,768,512,256,192,128,64,0,‑64,‑128,‑192,‑256]，取正向电压Us减去Rs*I建立扭曲值表；补偿的时候，用实时监控到的电流去查表，用电流所在直线的斜率K和增益b求出所需补偿的电压值，并按扇区进行补偿。本发明可以使电流过零点时波形平滑，同时提升带载能力。

Description

一种改善电机电流过零点不平滑的控制方法

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种改善电机电流过零点不平滑的控制方法。

背景技术

PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通会设置一个保护时段。为了使IGBT工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间，也就是上下桥臂同时关断时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。

由于IGBT功率管死区时间的存在、开关管动作延时、元器件压降等影响，会导致给定的电压命令不能全部到达输出端。反应在电流波形上，过零点时最明显，使得原本的正弦波在零点过度不平滑。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种改善电机电流过零点不平滑的控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种改善电机电流过零点不平滑的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、求解定子电阻Rs值，包括如下步骤：

步骤1-1、对电机绕组施加电压角度相位为90度的电流矢量，使空载下电机转子的d轴移向U相分量所处的位置使d轴和U相重合；

步骤1-2、以马达额定电流作为基准，打出一段为马达额定电流68％的直流电流I0；

步骤1-3、得到反馈电流，判断该反馈电流是否在[I0-0.1I0，I0+0.1I0]的范围之间；若是，进入步骤1-4；若否，返回步骤1-2；

步骤1-4、取得回授电压U0；

步骤1-5、判断是否到设定的超时时间；若是，进入步骤1-6；若否，返回步骤1-2；

步骤1-6、以马达额定电流作为基准，打出一段为马达额定电流100％的直流电流I1；

步骤1-7得到反馈电流，判断该反馈电流是否在[I1-0.1I1，I1+0.1I1]的范围之间；若是，进入步骤1-8；若否，返回步骤1-6；

步骤1-8、取得回授电压U1；

步骤1-9、判断是否到设定的超时时间；若是，进入步骤1-10；若否，返回步骤1-6；

步骤1-10、计算定子电阻Rs值，公式为Rs＝(U1-U0)/(I1-I0)，进入步骤2；

步骤2、建立扭曲值表，包括如下步骤：

步骤2-1、对电机绕组施加电压角度相位为90度的电流矢量，使空载下电机转子的d轴移向U相分量所处的位置使d轴和U相重合；

步骤2-2、以变频器额定电流作为基准，依次打出16段分别为变频器额定电流8192分之2048,1792,1536,1280,1024,768,512,256,192,128,64,0,-64,-128,-192,-256的直流电流I；

步骤2-3、在步骤2-2每次打出直流电流I后，等待1S，取后0.5S的PWM还原电压，取平均值，取得变频器的输出电压Us；

步骤2-4、用变频器的输出电压Us减去Rs*I得到扭曲值ΔU；建立ΔU和I相关的扭曲值表，进入步骤3；

步骤3、查扭曲值表并补偿,包括如下步骤：

步骤3-1、根据实时监控到的电流查扭曲值表，找到该实时电流在扭曲值表中相邻的两个I值；

步骤3-2、根据扭曲值表中相邻的两组(ΔU、I)值，求出该两组(ΔU、I)值所在直线的斜率K和增益b；

步骤3-3、根据斜率K和增益b，求得该实时电流对应所需补偿的电压值，并按扇区进行补偿。

本发明的有益技术效果是：

采用本发明后，可使电流过零点波形平滑呈标准的弦波，同时补偿后带载能力比补偿前带载能力可提高约20％。

附图说明

图1是感应电机的单相等效电路图。

图2是扭曲值作用的等效电路图。

图3是本发明的总体流程框图。

图4是本发明求解定子电阻Rs值的流程框图。

图5是本发明建立扭曲值表的流程框图。

图6是本发明查扭曲值表并补偿的流程框图。

图7是未使用本发明补偿前波形。

图8是使用本发明补偿后波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

感应电机的单相等效电路如图1所示，当电机处于静止状态，等效电路中的S为∞，二次侧电路视为开路，此时电路中只剩下Rs、Ls、Lm工作。给U相打入直流，由于电感通直阻交的性质，电路中就只剩下Rs作用。由于电路中只剩下简单的一个电阻，根据电阻性质R＝(U1-U0)/(I1-I0)可以得出Rs值。

变频器的输出电压为电机的输入电压，由于IGBT功率管死区时间的存在、开关管动作延时、元器件压降等影响，会导致电机输入电压(U)和变频器输出电压(Us)不一致，两者的电压差称为扭曲值。将扭曲值部分看成是一个电压源在电路中作用，形成如图2的等效电路。通过测试发现，扭曲值与电流有关，所以给电路加入不同的直流电流命令。因为所加为直流，故忽略后面的电感，可以得到

ΔU(扭曲值)＝Us(变频器输出电压)-U(电机输入电压)

其中：

U(电机输入电压)＝I(电机输入电流即变频器输出电流)×Rs(电机定子电阻)

通过给电机打入16段不同的电流可以组成扭曲值和电流的关系表。可以发现当电流越大，扭曲值趋近饱和，故补偿时，当实时电流>饱和电流时，补偿量为饱和电压；当实时电流<饱和电流时，补偿量根据电流决定，采用两点法算出所需补偿量。

下面详述本发明的方法流程：

如图3所示，本发明包括1、求解定子电阻Rs值，2、建立扭曲值表，3、查扭曲值表并补偿三大步骤。

如图4所示，求解定子电阻Rs值的具体步骤为：

1-1、对电机绕组施加电压角度相位为90度的电流矢量，使空载下电机转子的d轴移向U相分量所处的位置使d轴和U相重合；

1-2、以马达额定电流作为基准，打出一段为马达额定电流68％的直流电流I0；

1-3、得到反馈电流，判断该反馈电流是否在[I0-0.1I0，I0+0.1I0]的范围之间；若是，进入1-4；若否，返回1-2；

1-4、取得回授电压U0；

1-5、判断是否到设定的超时时间；若是，进入1-6；若否，返回1-2；

1-6、以马达额定电流作为基准，打出一段为马达额定电流100％的直流电流I1；

1-7得到反馈电流，判断该反馈电流是否在[I1-0.1I1，I1+0.1I1]的范围之间；若是，进入1-8；若否，返回1-6；

1-8、取得回授电压U1；

1-9、判断是否到设定的超时时间；若是，进入1-10；若否，返回1-6；

1-10、计算定子电阻Rs值，计算公式为Rs＝(U1-U0)/(I1-I0)，然后进入建立扭曲值表的步骤。

如图5所示，建立扭曲值表的具体步骤为：

2-1、对电机绕组施加电压角度相位为90度的电流矢量，使空载下电机转子的d轴移向U相分量所处的位置使d轴和U相重合；

2-2、以变频器额定电流作为基准，依次打出16段分别为变频器额定电流8192分之2048,1792,1536,1280,1024,768,512,256,192,128,64,0,-64,-128,-192,-256的直流电流I；

2-3、在步骤2-2每次打出直流电流I后，等待1S，取后0.5S的PWM还原电压，取平均值，取得变频器的输出电压Us；

2-4、用变频器的输出电压Us减去相应的Rs*I得到扭曲值ΔU；获得ΔU对应I的数据。建立ΔU和I相关的扭曲值表，进入查扭曲值表并补偿步骤。

如图6所示，查扭曲值表并补偿的具体步骤为：

3-1、根据实时监控到的电流查扭曲值表，找到该实时电流在扭曲值表中相邻的两个I值；

3-2、根据扭曲值表中相邻的这两组(ΔU、I)值，用两点算法求出这一段ΔU-I曲线的斜率K和增益b；

3-3、根据斜率K和增益b计算该实时电流下所需补偿的电压值，并按扇区进行补偿。

图7和图8示出了某机型(运转频率2HZ)扭曲值补偿前后的对比波形图。可见，补偿前过零点时，电流波形不平滑；补偿后，电流波形平滑了，呈标准的弦波，下图为某机型运转频率2HZ补偿前后波形图。同时带载能力也有提升，补偿后带载能力比补偿前带载能力提高20％。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种改善电机电流过零点不平滑的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、求解定子电阻Rs值，包括如下步骤：

步骤1-1、对电机绕组施加电压角度相位为90度的电流矢量，使空载下电机转子的d轴移向U相分量所处的位置使d轴和U相重合；

步骤1-2、以马达额定电流作为基准，打出一段为马达额定电流68％的直流电流I0；

步骤1-3、得到反馈电流，判断该反馈电流是否在[I0-0.1I0，I0+0.1I0]的范围之间；若是，进入步骤1-4；若否，返回步骤1-2；

步骤1-4、取得回授电压U0；

步骤1-5、判断是否到设定的超时时间；若是，进入步骤1-6；若否，返回步骤1-2；

步骤1-6、以马达额定电流作为基准，打出一段为马达额定电流100％的直流电流I1；

步骤1-7得到反馈电流，判断该反馈电流是否在[I1-0.1I1，I1+0.1I1]的范围之间；若是，进入步骤1-8；若否，返回步骤1-6；

步骤1-8、取得回授电压U1；

步骤1-9、判断是否到设定的超时时间；若是，进入步骤1-10；若否，返回步骤1-6；

步骤1-10、计算定子电阻Rs值，公式为Rs＝(U1-U0)/(I1-I0)，进入步骤2；

步骤2、建立扭曲值表，所述扭曲值等于变频器输出电压减去电机输入电压，包括如下步骤：

步骤2-1、对电机绕组施加电压角度相位为90度的电流矢量，使空载下电机转子的d轴移向U相分量所处的位置使d轴和U相重合；

步骤2-2、以变频器额定电流作为基准，依次打出16段分别为变频器额定电流8192分之2048,1792,1536,1280,1024,768,512,256,192,128,64,0,-64,-128,-192,-256的直流电流I；

步骤2-3、在步骤2-2每次打出直流电流I后，等待1S，取后0.5S的PWM还原电压，取平均值，取得变频器的输出电压Us；

步骤2-4、用变频器的输出电压Us减去Rs*I得到扭曲值ΔU；建立ΔU和I相关的扭曲值表，进入步骤3；

步骤3、查扭曲值表并补偿,包括如下步骤：

步骤3-1、根据实时监控到的电流查扭曲值表，找到该实时电流在扭曲值表中相邻的两个I值；

步骤3-2、根据扭曲值表中相邻的两组(ΔU、I)值，求出该两组(ΔU、I)值所在直线的斜率K和增益b；

步骤3-3、根据斜率K和增益b，求得该实时电流对应所需补偿的电压值，并按扇区进行补偿。