CN109302108B - 一种异步电机发电控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异步电机发电控制方法和系统，属于电机发电控制领域。该方法包括采集异步电机旋转的检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压，同时采样异步电机的三相电流和所述直流母线电压；根据所述检测转速、所述三相电流及所述直流母线电压并利用无速度传感器的输出控制发电控制算法；根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压。本发明解决了异步电机发电模式下电磁转速传感器易受干扰，而无速度传感器技术得到的估算转速在负载突变时转速估算精度不高影响发电控制稳定的问题。

Description

一种异步电机发电控制方法和系统
技术领域
本发明涉及电机发电控制领域，尤其涉及一种异步电机发电控制方法和系统。
背景技术
现有异步发电机控制系统采用原动机拖动异步电机旋转，控制器采集电机转子的转速n传以及直流母线电压Udc。异步电机的转速n传通过转速传感器获得，即通过齿盘扫过电磁传感器检测端面后，获得齿盘的旋转转速即获得异步发电机转子的转速。通过对数字控制器进行编程实现异步发电机的控制算法最终实现异步电机的机械能到电能的转换。电能以直流的形式存储在母线电容C中。
目前异步电机发电装置在特种车辆、船舶中应用较多，所处的电磁环境复杂，因此电磁传感器很容易受到干扰，影响转速采样，进而影响发电控制系统的稳定。通过无速度传感器技术获得异步电机转速，即估算转速参与控制，能够消除转速受到干扰带来的影响。但是通过无速度传感器技术得到的估算转速在电机负载突变时较实际转速会存在一定偏差，影响控制精度造成系统不稳定。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种异步电机发电控制方法和系统，解决了异步电机发电模式下电磁转速传感器易受干扰，而无速度传感器技术得到的估算转速在负载突变时转速估算精度不高的问题，从而提高异步电机发电控制系统的稳定性。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明实施例提供了一种异步电机发电控制方法，该方法包括采集异步电机旋转的检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压，同时采样异步电机的三相电流和所述直流母线电压；根据所述检测转速、所述三相电流及所述直流母线电压并利用无速度传感器的输出控制发电控制算法；根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压。
基于上述方法的另一个实施例中，根据所述三相电流启动所述无速度传感器的算法输出异步电机的估算转速n估。
可选地，根据所述直流母线电压和预设的电压保护阀值判断TZ信号的置位；若所述直流母线电压的波动触发所述电压保护阀值，则TZ信号的置位为1，否则置位为0。
可选地，根据所述估算转速n估与所述检测转速n传的比较结果以及所述TZ信号的置位确定控制发电控制算法的输入转速；若|n估-n传|≤50r/min，且所述TZ信号的置位为0时，则所述发电控制算法的输入转速采用所述估算转速n估，否则采用所述检测转速n传。
可选地，异步电机的负载突变时，所述直流母线电压波动触发所述TZ信号的置位为1。
上述技术方案的有益效果如下：本发明实施例公开了一种异步电机发电控制方法，引入无速度传感器技术，并根据负载特性来切换检测转速和估算转速参与发电控制，以确保发电机发电过程中减少转速干扰、负载突变的影响，稳定输出直流母线电压Udc。
另一方面，本发明实施例提供了一种异步电机发电控制系统，包括转速传感器、无速度传感器、过压检测电路和发电控制器；所述转速传感器，用于采集异步电机旋转的检测转速n传；其中，所述检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压；所述无速度传感器，用于采样异步电机的三相电流；所述过压检测电路，用于采样所述直流母线电压；所述发电控制器，用于采样所述直流母线电压，同时根据所述检测转速n传并利用所述无速度传感器的输出控制发电控制算法；还用于根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压。
基于上述方法的另一个实施例中，所述无速度传感器包括控制器和算法；所述控制器根据所述三相电流启动所述无速度传感器的算法输出异步电机的估算转速n估。
可选地，所述过压检测电路根据所述直流母线电压和预设的电压保护阀值判断TZ信号的置位；若所述直流母线电压的波动触发所述电压保护阀值，则TZ信号的置位为1，否则置位为0。
可选地，所述系统还包括无速度传感器的启动策略器；所述启动策略器根据所述估算转速n估与所述检测转速n传的比较结果以及所述TZ信号的置位确定控制发电控制算法的输入转速；若|n估-n传|≤50r/min，且所述TZ信号的置位为0时，则所述发电控制算法的输入转速采用所述估算转速n估，否则采用所述检测转速n传。
可选地，异步电机的负载突变时，所述过压检测电路检测到所述直流母线电压波动并触发TZ信号的置位为1。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的一种异步电机发电控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种异步电机发电模式下无速度传感器的启动策略流程图；
图3为本发明实施例提供的基于DSP的异步电机发电系统主控制程序流程图；
图4为本发明实施例提供的一种异步电机发电控制系统的结构图；
图5为本发明实施例提供的现有异步发电机控制系统的结构图；
图6为本发明实施例提供的一种异步电机发电模式下转速传感器工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例的一种异步电机发电控制方法的流程图。
本发明的一个具体实施例，公开了一种异步电机发电控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101，采集异步电机旋转的检测转速启动发电控制算法产生直流母线电压，同时采样异步电机的三相电流和所述直流母线电压；
S102，根据所述检测转速、所述三相电流及所述直流母线电压并利用无速度传感器的输出控制发电控制算法；
S103，根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压。
与现有技术相比，在异步电机发电模式下，根据异步电机旋转的检测转速、三相电流及直流母线电压并利用无速度传感器的输出控制发电控制算法而引入无速度传感器技术，避免了电磁传感器很容易受到干扰，影响转速采样进而影响发电控制稳定性的问题，以及无速度传感器技术得到的估算转速在负载突变时转速估算精度不高的问题。
图2为一种异步电机发电模式下无速度传感器的启动策略流程图。
本发明的一个具体实施例，参见图2，根据所述三相电流启动所述无速度传感器的算法输出异步电机的估算转速n估。也就是说，通过无速度传感器技术获得异步电机转速，即估算转速n估，参与控制异步电机发电，消除转速受到干扰带来的影响。
本发明的一个具体实施例，结合图2所示，根据所述直流母线电压和预设的电压保护阀值判断TZ信号的置位；若所述直流母线电压的波动触发所述电压保护阀值，则TZ信号的置位为1，否则置位为0。也就是说，本实施例引入无速度传感器技术启动策略中TZ信号的置位方法，实现根据直流母线电流的波动情况切换检测转速n传和估算转速n估，从而减少发电机发电过程中转速干扰，提高异步电机发电控制的稳定性。
本发明的一个具体实施例，参见图2，根据所述估算转速n估与所述检测转速n传的比较结果以及所述TZ信号的置位确定控制发电控制算法的输入转速；若|n估-n传|≤50r/min，且所述TZ信号的置位为0时，则所述发电控制算法的输入转速采用所述估算转速n估，否则采用所述检测转速n传。也就是说，本实施例提出了根据所述估算转速n估与所述检测转速n传的比较结果以及所述TZ信号的置位确定控制发电控制算法的输入转速；并给出了具体的条件，用于切换检测转速n传和估算转速n估的选择判定。即，当|n估-n传|≤50r/min，且所述TZ信号的置位为0时，判定选择采用估算转速n估，此时，所述TZ信号的置位为1时，则判定选择采用检测转速n传；当|n估-n传|＞50r/min时，则判定选择采用检测转速n传。
需要说明的是，选择采用的转速参与发电控制算法，输出6路PWM波控制三相桥中开关管S1～S6的通断，最终实现异步电机的机械能到电能的转换。电能以直流的形式存储在母线电容C中，也就是所述直流母线电压。
结合图2对实际应用中异步电机发电模式下无速度传感器的启动策略的具体步骤说明如下：
a)DSP上电，原动机拖动异步电机运转，DSP接收到转速信息n传，
启动发电控制算法，得到6路PWM波控制三相桥产生直流母线电压Udc；
b)发电控制算法启动同时，DSP检测发电机三相电流ia、ib、ic，启动无速度传感器算法，得到估算转速n估；
c)当|n估-n传|≤50r/min时，判断TZ信号是否被置位，如果负载小范围波动运行，则TZ信号不会被触发，参与发电控制算法的转速为估算转速n估；如果负载突变时，则TZ信号会被触发，参与发电控制算法的转速为检测转速n传；
d)当|n估-n传|＞50r/min时，参与发电控制算法转速为检测转速n传。
需要说明的是，该技术方案硬件平台的被控对象可以由发电机替换成电动机；硬件基于DSP，也可以应用其他ECU的控制系统；三相桥的开关管S1～S6，可采用IGBT、MOS管、晶闸管等电力电子功率器件，并不做过多限定。
图3为基于DSP的异步电机发电系统主控制程序流程图。参见图3，主控制程序流程图主要是对DSP内部的各个模块以及控制参量完成初始化。开始设定初始化系统时钟、模数转换(AD)模块、输入输出接口(IO)模块等，然后内部存储区清零，控制参数初始化等，使能中断后运行主循环程序，也即无速度传感器的启动策略的具体执行步骤。
本发明的一个具体实施例，异步电机的负载突变时，所述直流母线电压波动触发所述TZ信号的置位为1。与现有技术性相比，本实施例根据负载特性来切换检测转速和估算转速参与发电控制，以确保发电机发电过程中减少负载突变的影响，从而实现稳定输出直流母线电压。
图4为本发明实施例的一种异步电机发电控制系统的结构图。
本发明的一个具体实施例公开了一种异步电机发电控制系统，如图4所示，包括转速传感器、无速度传感器、过压检测电路和发电控制器；所述转速传感器，用于采集异步电机旋转的检测转速n传；其中，所述检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压；所述无速度传感器，用于采样异步电机的三相电流；所述过压检测电路，用于采样所述直流母线电压；所述发电控制器，用于采样所述直流母线电压，同时根据所述检测转速n传并利用所述无速度传感器的输出控制发电控制算法；还用于根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压。
与现有技术相比，在异步电机发电模式下，引入无速度传感器技术，实现采样直流母线电压的同时根据所述检测转速n传并利用所述无速度传感器的输出控制发电控制算法，解决了电磁转速传感器易受干扰，而无速度传感器技术得到的估算转速在负载突变时转速估算精度不高的问题。
图5为本发明实施例提供的现有异步发电机控制系统的结构图。现有异步发电机控制系统硬件框图如图5所示。原动机拖动异步电机旋转，发电控制器采集电机转子的转速n传以及直流母线电压Udc，通过对数字控制器进行编程实现异步发电机的控制算法，进而输出6路PWM波控制三相桥中开关管S1～S6的通断，最终实现异步电机的机械能到电能的转换。电能以直流的形式存储在母线电容C中。
异步电机的转速n传通过转速传感器获得，其工作原理如图6所示。齿盘扫过电磁传感器检测端面后，传感器将输出类似正弦的信号，功率变换器采集并计算该信号的频率进而获得齿盘的旋转速度，由于异步发电机转子与齿盘相连，因此获得齿盘的旋转转速即获得异步发电机转子的转速。本实施例中异步电机旋转的检测转速n传，也是通过该转速传感器获得，工作原理参见图6。
需要说明的是，该技术方案的硬件平台的被控对象可以由发电机替换成电动机；硬件基于DSP，也可以应用于其他ECU的控制系统；三相桥的开关管S1～S6，可采用IGBT、MOS管、晶闸管等电力电子功率器件，并不固定。参见图4.
本发明的一个具体实施例，参见图4，所述无速度传感器包括控制器和算法；所述控制器根据所述三相电流启动所述无速度传感器的算法输出异步电机的估算转速n估。也就是说，引入无速度传感器技术获得异步电机转速，即估算转速n估，参与控制异步电机发电，消除转速受到干扰带来的影响。
需要说明的是，所述无速度传感器包括控制器和算法，控制器硬件基于DSP，也可以应用其他ECU的控制系统；算法软件通过编程实现。
本发明的一个具体实施例，参见图4，所述过压检测电路根据所述直流母线电压和预设的电压保护阀值判断TZ信号的置位；若所述直流母线电压的波动触发所述电压保护阀值，则TZ信号的置位为1，否则置位为0。也就是说，无速度传感器的启动策略中TZ信号的置位方法具体通过所述过压检测电路以及预设的电压保护阀值来确定。
本发明的一个具体实施例，参见图4，所述系统还包括无速度传感器的启动策略器；所述启动策略器根据所述估算转速n估与所述检测转速n传的比较结果以及所述TZ信号的置位确定控制发电控制算法的输入转速；若|n估-n传|≤50r/min，且所述TZ信号的置位为0时，则所述发电控制算法的输入转速采用所述估算转速n估，否则采用所述检测转速n传。
需要说明的是，异步电机发电模式下无速度传感器技术的启动方案实现的硬件基础如图4所示，具体策略的实现过程如下：
如图4中异步电机由原动机拖动，发电控制器采集电机转子的检测转速n传、直流母线电压Udc、电机三相电流ia、ib、ic，通过对数字控制器进行编程实现异步发电机的控制算法得到6路PWM波控制三相桥中开关管S1～S6的通断，最终实现异步电机的机械能到电能的转换。电能以直流的形式存储在母线电容C中，即产生的直流母线电压Udc。无速度传感器算法通过电机三相电流得到估算出的电机转速，即估算转速n估；发电控制系统的负载变化反映在直流母线电压Udc上，当负载突变时，母线电压波动，触发过压保护阀值时，TZ信号置1；通过估算转速和传感器测得的检测转速比较结果以及TZ信号的置位，来判断发电控制算法采用估算转速n估还是采用转动传感器的检测转速n传。
本发明的一个具体实施例，异步电机的负载突变时，所述过压检测电路检测到所述直流母线电压波动并触发TZ信号的置位为1。本实施例根据负载特性来确定检测转速和估算转速的切换条件，参与发电控制算法，实现发电机发电过程中减少转速干扰、负载突变的影响，稳定输出直流母线电压Udc。
综上所述，本发明实施例公开了一种异步电机发电控制方法和系统，该方法包括采集异步电机旋转的检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压，同时采样异步电机的三相电流和所述直流母线电压；根据所述检测转速、所述三相电流及所述直流母线电压并利用无速度传感器的输出控制发电控制算法；根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压。与上述方法构成同一技术构思的系统包括转速传感器、无速度传感器、过压检测电路和发电控制器；所述转速传感器，用于采集异步电机旋转的检测转速n传；其中，所述检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压；所述无速度传感器，用于采样异步电机的三相电流；所述过压检测电路，用于采样所述直流母线电压；所述发电控制器，用于采样所述直流母线电压，同时根据所述检测转速n传并利用所述无速度传感器的输出控制发电控制算法；还用于根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压。本发明主要提出了一种异步电机发电模式下无速度传感器技术的启动策略方案，即发电控制系统在负载小范围波动时使用估算转速参与发电控制以减小转速干扰带来的影响，在负载突变时使用实际检测转速以减小该情况下转速估算精度不高的影响，从而解决了异步电机发电模式下电磁转速传感器易受干扰，而无速度传感器技术得到的估算转速在负载突变时转速估算精度不高的问题，最终提高了异步电机发电控制系统的稳定性。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种异步电机发电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集异步电机旋转的检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压，同时采样异步电机的三相电流和所述直流母线电压；
根据所述检测转速n传、所述三相电流及所述直流母线电压并利用无速度传感器的输出控制发电控制算法，具体包括：根据所述三相电流启动所述无速度传感器的算法输出异步电机的估算转速n估；根据所述估算转速n估与所述检测转速n传的比较结果以及TZ信号的置位确定控制发电控制算法的输入转速；若|n估-n传|≤50r/min，且所述TZ信号的置位为0时，则所述发电控制算法的输入转速采用所述估算转速n估，否则采用所述检测转速n传；
根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压；根据所述直流母线电压和预设的电压保护阀值判断TZ信号的置位；
若所述直流母线电压的波动触发所述电压保护阀值，则TZ信号的置位为1，否则置位为0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，异步电机的负载突变时，所述直流母线电压波动触发所述TZ信号的置位为1。
3.一种异步电机发电控制系统，其特征在于，包括转速传感器、无速度传感器、过压检测电路和发电控制器；
所述转速传感器，用于采集异步电机旋转的检测转速n传；其中，所述检测转速n传启动发电控制算法产生直流母线电压；
所述无速度传感器，用于采样异步电机的三相电流，包括控制器、算法和启动策略器；所述控制器根据所述三相电流启动所述无速度传感器的算法输出异步电机的估算转速n估；所述启动策略器根据所述估算转速n估与所述检测转速n传的比较结果以及TZ信号的置位确定控制发电控制算法的输入转速；若|n估-n传|≤50r/min，且所述TZ信号的置位为0时，则所述发电控制算法的输入转速采用所述估算转速n估，否则采用所述检测转速n传；
所述过压检测电路，用于采样所述直流母线电压；
所述发电控制器，用于根据所述三相电流及所述直流母线电压，同时根据所述检测转速n传并利用所述无速度传感器的输出控制发电控制算法；还用于根据所述发电控制算法的输出控制异步电机产生所述直流母线电压；
所述过压检测电路根据所述直流母线电压和预设的电压保护阀值判断TZ信号的置位；
若所述直流母线电压的波动触发所述电压保护阀值，则TZ信号的置位为1，否则置位为0。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，异步电机的负载突变时，所述过压检测电路检测到所述直流母线电压波动并触发TZ信号的置位为1。
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