CN1314195C - 交流电机三相电流平滑控制装置 - Google Patents

Abstract

本交流电机三相电流的平滑控制装置包括矢量发生器、电流闭环控制器，三相绕组互为回路，还包括中心点提取电路网络。该电路网络将三相电机端口电压引出，各接等值阻抗，按星型接法在Q点共接，取中点Q电位引入控制器进行三相电流平滑控制。当三相电流不平衡造成绕组中心点的电位偏离零值时，Q点电位直接模拟绕组中心点电位参与控制，即可实时修正三相正弦电流的给定量值或反馈量值，使得三相控制回路都避免进入饱和，避免三相电流波形发生畸变。本装置电路简单，克服了零序分量解析和控制的复杂过程，降低了对三相电流控制闭环的精度要求。实现了电机三相电流控制中的零序控制，保证控制器输出波形平滑、幅值相同、相差为120°的三相正弦电流。

Description

交流电机三相电流平滑控制装置

(一)技术领域

本发明涉及一种交流电机三相电流的控制装置，具体为一种交流电机三相电流的平滑控制装置。

(二)技术背景

三相交流电机的控制，理想的方法是通过变频器或交流伺服驱动器给电机的三相绕组中通入频率可变、幅值相同、相位互差120度的对称三相正弦电流，从而产生一个强度、旋转方向和旋转速度受控的励磁磁势，即圆形励磁磁势，因此产生旋转的定子磁场。

根据2003年5月机械工业出版社出版的《交流调速系统》(作者，陈伯时、陈敏逊)所述，目前一般是采用正弦波脉宽调节法-SPWM法给电机提供三相正弦电压，或者采用电流跟踪控制法给电机提供三相正弦电流。SPWM法的直接控制对象是电机电压，电机的实际电流受电枢反应、磁场饱和等影响，往往由于高次谐波的存在而偏离正弦，因而得不到最佳控制特性。电流跟踪控制法采用三相电流闭环电路较好地解决了高次谐波的问题，但是三相电流分别是由驱动器产生的三相正弦给定信号，三个电流闭环控制器各自独立地输出电流，且因三相电流互为回路，所以三相电流在任一瞬间的总和为零，然而这种“总和为零”是“强制”的，因为不存在不为零的回路通道。由于三相电流控制的互相牵制作用，则无论给定、反馈及控制多么精确，三相控制回路中总会有一路的电流不是由自身的闭环控制而是由其它两相电流相加得到的，因此该相实际电流与设定值之间存在着一段时间内无法消除的差值，回路一定时间内无法达到反馈平衡，于是该相的比例积分微分(PID)回路的积分量将达到饱和。特别是电机低速运转时，此现象十分明显，三相回路调节器轮流进入积分饱和状态。虽然，进入饱和状态对电流波形影响不大，但由于积分退饱和需要一定的时间，于是将在输出电流波形上迭加波形畸变，这相当于定子磁场矢量的方向会发生跳变，这对转矩及电机速度控制的扰动是不言而喻的。并且，因为该畸变的高频分量较大，电机将因增加了高频损耗而发热。

针对上述问题，通常研究的控制装置是设计采样电路，取三相绕组上的电流值，对其进行零序分量解析，通过复杂的计算后将结果输入控制电路，经过系一列控制过程，最终实现电流的平衡控制。但这种控制装置不仅要求装置复杂，电流采样精度高，而且计算控制过程繁杂，难以实际使用。

(三)发明内容

本发明的目的在于设计一种简单易行的交流电机三相电流的平滑控制装置，引入与三相电流不平衡相关的量并送回驱动器，使得三相电流同时受控，平滑输出，并降低对三相回路控制精度的要求。

本发明设计的交流电机三相电流的平滑控制装置，包括产生三相正弦给定信号的矢量发生器，含PID电路、PWM电路、功率回路的三相电流闭环控制器。矢量发生器输出的三相正弦波信号作为给定信号分别送入三个电流闭环控制器，三相电流闭环控制器通过内部的功率回路将三相正弦电流送入三相绕组，三相绕组互为回路。本装置中还包括中心点提取电路网络，将三相电机端口电压引出，接入提取三相绕组中心点Q点电位的电路网络，将Q点电位引入三相电流闭环控制器，与原电流闭环控制器的给定量和反馈量迭加，进行三相电流平滑控制。

由于三相电流不对称、不平衡的直接后果就是三相绕组中心点O的电位偏离零值。以引出的电路网络的中心Q点电位直接模拟三相交流电机绕组中心点O点电位，Q点电位送入三相电流闭环控制器与原电流闭环的给定量和反馈量迭加参与控制，即可实时修正三相正弦电流的给定量值或反馈量值，使得三相控制回路都避免进入饱和，避免三相电流波形发生畸变。

本装置电路简单，能够直接获取反映三相电流不平衡状态的检测量——三相中心点电位，克服了零序分量解析和控制的复杂过程，使得后续的电流平滑控制变得简单易行，同时降低了对三相电流控制闭环的精度要求。本装置实现了交流电机三相电流控制中的零序控制，保证三相电流闭环控制器输出波形平滑、幅值相同、相差为120°的三相正弦电流。

(四)附图说明

图1为虚拟中点电位的获取及修正的实现原理框图；

图2为采用本装置前后交流电机三相电流波形对比图。

(五)具体实施方式

本发明交流电机三相电流的平滑控制装置的电路如图1所示，包括产生三相正弦给定信号的矢量发生器、三相电流闭环控制器。矢量发生器输出的三相正弦波信号作为给定信号分别送入三个电流闭环控制器，控制器通过内部的功率回路将三相正弦电流送入三相绕组，三相绕组互为回路。本装置中还包括中心点提取电路网络，将三相电机端口电压引出，各接入一个等值阻抗，按星型接法在Q点共接，构成提取三相绕组中心点Q点电位的电路网络，取该星型电路中点Q点的电位引入三相电流闭环控制器，与原电流闭环控制器的给定量和反馈量迭加，进行三相电流平滑控制。

如图2a所示采用本装置前交流电机三相电流波形，由于三相电流控制的互相牵制作用，则无论给定、反馈及控制多么精确，三相控制回路中总有一路的电流不是由自身的闭环控制而是由其它两相电流相加得到的，因此该相实际电流与设定值之间存在着一段时间内无法消除的差值，回路一定时间内无法达到反馈平衡，于是该相PID回路的积分量将达到饱和。特别是电机低速运转时，三相回路调节器轮流进入积分饱和状态。虽然，进入饱和状态对电流波形影响不大，但由于积分退饱和需要一定的时间，在输出电流波形上迭加了一个波形畸变。

如图2b所示采用本装置后交流电机三相电流波形，由于避免了三相电流的控制回路进入饱和引起输出电流波形的畸变，电流波形平滑。

以电路网络的中心Q点电位模拟电机三相绕组中心点电压，将此电压通过修正单元再送入三相电流闭环控制器。修正单元实时监测并实时修正三相电流的给定信号或修正三相电流的反馈信号，避免三相电流的控制回路进入饱和引起输出电流波形的畸变，以使三相回路在动态调整过程中保持工作在不饱和区域。

修正单元为模拟电路、或数字电路或二者的混合。修正单元通过改变给定或反馈的数值，或者附加一个给定或反馈偏置，从而保证控制器输出波形平滑、幅值相同、相差为120°的三相正弦电流。

修正单元中接入计算机，有关的修正过程的实现有计算机参与，更加准确快捷。

Claims (4)

1一种交流电机三相电流的平滑控制装置，包括产生三相正弦给定信号的矢量发生器、三相电流闭环控制器；矢量发生器与三个电流闭环控制器连接，三相电流闭环控制器将电流送入电机三相绕组，三相绕组互为回路；其特征为：

还包括中心点提取电路网络，将三相电机端口电压引出，接入中心点电位提取电路网络，取该电路网络的三相中心点Q的电位，Q点电位引入三相电流闭环控制器；

所述的电路网络是三相电机端口各接入一个等值阻抗，按星形接法在Q点共接，构成电路网络，取该星形电路中点Q的电位引入三相电流闭环控制器。

2根据权利要求1所述的交流电机三相电流的平滑控制装置，其特征为：

电机三相绕组中心点电压提取电路网络的中心Q点电位通过修正单元再送入三相电流闭环控制器。

3根据权利要求2所述的交流电机三相电流的平滑控制装置，其特征为：

修正单元为模拟电路、或数字电路或二者的混合，修正过程有计算机的参与。

4根据权利要求3所述的交流电机三相电流的平滑控制装置，其特征为：

修正单元输出的信号，直接以给定量修正值或反馈量修正值的方式直接送入三相电流闭环系统。