CN204886775U - 基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，包括PWM控制器、速度调节器、电流/电压检测电路、坐标变换模块、磁链/转矩观测器、转速传感器、三相桥式逆变器以及第一～第三比较器。本实用新型与传统的单矢量控制系统不同，在单矢量控制的基础上加入一对大小相等、方向相反的控制矢量，多矢量组合来控制电机，能够削弱稳态转矩脉动，有效抑制谐波，减小对三相感应电机的损害。

Description

基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统

技术领域

本实用新型属于电机调控技术领域，特别涉及了基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统。

背景技术

三相感应电机具有成本低、环境适应性强等优点，在很多领域得到了推广应用。随着三相感应电机的广泛运用，对三相感应电机的控制技术也提出了更高的要求。

目前常用的三相感应电机的控制方式是直接转矩控制方式，它具有良好的动态性能，是一种较好的三相感应电机调速控制方式。然而，传统的直接转矩控制方式由于稳态转矩脉动较强，存在很多谐波，对三相感应电机会造成很大损害。

实用新型内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本实用新型旨在提供基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，削弱稳态转矩脉动，有效抑制谐波，减小对三相感应电机的损害。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：

基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：包括PWM控制器、速度调节器、电流/电压检测电路、坐标变换模块、磁链/转矩观测器、转速传感器、三相桥式逆变器以及第一～第三比较器；所述转速传感器的输入端和电流/电压检测电路的输入端分别连接三相感应电机，转速传感器的输出端连接第一比较器的负输入端，第一比较器的正输入端输入给定转速信号，第一比较器的输出端连接速度调节器的输入端，速度调节器的输出端连接第二比较器的正输入端，电流/电压检测电路的输出端经坐标变换模块与磁链/转矩观测器的输入端连接，第二比较器的负输入端和第三比较器的负输入端分别连接磁链/转矩观测器的输出端，第三比较器的正输入端输入给定磁链信号，第二比较器的输出端、第三比较器的输出端、磁链/转矩观测器的输出端分别连接PWM控制器的输入端，PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变器中6个开关管的门极，控制三相桥式逆变器向三相感应电机输出交流电信号。

其中，上述速度调节器采用PI调节器。

其中，上述三相桥式逆变器的6个开关管均为IGBT。

其中，上述PWM控制器、速度调节器、第一～第三比较器、坐标变换模块和磁链/转矩观测器集成在一片DSP处理器上。

其中，上述DSP处理器的型号为DSP28335。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本实用新型与传统的单矢量控制系统不同，在单矢量控制的基础上加入一对大小相等、方向相反的控制矢量，多矢量组合来控制电机，能够削弱稳态转矩脉动，有效抑制谐波，减小对三相感应电机的损害。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型中三相桥式逆变器的结构图；

图3是本实用新型矢量扇形分布图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1所示本实用新型的系统结构框图，基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：包括PWM控制器、速度调节器、电流/电压检测电路、坐标变换模块、磁链/转矩观测器、转速传感器、三相桥式逆变器以及第一～第三比较器；所述转速传感器的输入端和电流/电压检测电路的输入端分别连接三相感应电机，转速传感器的输出端连接第一比较器的负输入端，第一比较器的正输入端输入给定转速信号，第一比较器的输出端连接速度调节器的输入端，速度调节器的输出端连接第二比较器的正输入端，电流/电压检测电路的输出端经坐标变换模块与磁链/转矩观测器的输入端连接，第二比较器的负输入端和第三比较器的负输入端分别连接磁链/转矩观测器的输出端，第三比较器的正输入端输入给定磁链信号，第二比较器的输出端、第三比较器的输出端、磁链/转矩观测器的输出端分别连接PWM控制器的输入端，PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变器中6个开关管的门极，控制三相桥式逆变器向三相感应电机输出交流电信号。

在本实施例中，速度调节器采用PI调节器。三相桥式逆变器的6个开关管均为IGBT。

在本实施例中，PWM控制器、速度调节器、第一～第三比较器、坐标变换模块和磁链/转矩观测器集成在一片DSP处理器上。DSP处理器的型号为DSP28335。

本实用新型的工作原理：

(1)电流/电压检测电路检测三相感应电机的定子电流、电压信号；

(2)坐标变换模块将三相静止坐标系下的电流信号i_a、i_b、i_c变换为两相静止坐标系下电流信号i_α、i_β、i_αβ0，将三相静止坐标系下的电压信号u_a、u_b、u_c变换为两相静止坐标系下电压信号u_α、u_β、u_αβ0：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\\ i_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}0}\end{array}\right]=C_{3/2}\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\\ u_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}0}\end{array}\right]=C_{3/2}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right],$

其中，i_αβ0、u_αβ0分别为零轴电流和零轴电压，C_3/2为坐标变换矩阵；

(3)磁链/转矩观测器根据变换后的电流、电压信号计算定子磁链和转矩：

ψ_sα＝∫(u_sα-R_si_sα)dt，ψ_sβ＝∫(u_sβ-R_si_sβ)dt，

$T=\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}{i}_{s\mathrm{\β}}-{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}{i}_{s\mathrm{\α}}),$

其中，ψ_sα、ψ_sβ为定子磁链，T为转矩，R_s为定子阻抗，n_p为极对数；

(4)根据计算出的定子磁链计算磁链角度θ：

$\left|{\mathrm{\ψ}}_s\right|=\sqrt{{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}^2},$

$cos\mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}}{\left|{\mathrm{\ψ}}_s\right|},\sin \mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}}{\left|{\mathrm{\ψ}}_s\right|},$

$\mathrm{\θ}=\arccos \left(\frac{{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}}{\left|{\mathrm{\ψ}}_s\right|}\right),$

其中，θ即为磁链角度；

(5)转速传感器采集三相感应电机的实际转速，通过第一比较器将给定转速与实际转速的差值输入速度调节器，得到目标转矩；

(6)分别通过第二、第三比较器将给定磁链与实际磁链的差值ψ_er、目标转矩与实际转矩的差值T_er输入PWM控制器；

(7)PWM控制器根据磁链所在扇区向三相桥式逆变器输出控制矢量，控制三相桥式逆变器导通状态。矢量扇区的分布如图3所示，以磁链在Ⅰ扇区为例，根据传统直接转矩控制方法，所求得的矢量是v₆，本实用新型改进的方法是在单矢量v₆基础上加入一对大小相等、方向相反的矢量v₃、v₄，将矢量v₆、v₃、v₄组合后控制三相桥式逆变器的导通状态。完整的6个扇区的矢量选择如表1所示。

表1

磁链扇区	矢量选择
		Ⅰ	v3、v4、v6
Ⅱ	v1、v2、v6
		Ⅲ	v2、v3、v5
Ⅳ	v1、v3、v4
		Ⅴ	v1、v5、v6
Ⅵ	v2、v4、v5

其中，

矢量v₁对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相下桥臂导通、b相下桥臂导通、c相上桥臂导通；

矢量v₂对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相下桥臂导通、b相上桥臂导通、c相下桥臂导通；

矢量v₃对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相下桥臂导通、b相上桥臂导通、c相上桥臂导通；

矢量v₄对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相上桥臂导通、b相下桥臂导通、c相下桥臂导通；

矢量v₅对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相上桥臂导通、b相下桥臂导通、c相上桥臂导通；

矢量v₆对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相上桥臂导通、b相上桥臂导通、c相下桥臂导通。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (5)

1.基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：包括PWM控制器、速度调节器、电流/电压检测电路、坐标变换模块、磁链/转矩观测器、转速传感器、三相桥式逆变器以及第一～第三比较器；所述转速传感器的输入端和电流/电压检测电路的输入端分别连接三相感应电机，转速传感器的输出端连接第一比较器的负输入端，第一比较器的正输入端输入给定转速信号，第一比较器的输出端连接速度调节器的输入端，速度调节器的输出端连接第二比较器的正输入端，电流/电压检测电路的输出端经坐标变换模块与磁链/转矩观测器的输入端连接，第二比较器的负输入端和第三比较器的负输入端分别连接磁链/转矩观测器的输出端，第三比较器的正输入端输入给定磁链信号，第二比较器的输出端、第三比较器的输出端、磁链/转矩观测器的输出端分别连接PWM控制器的输入端，PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变器中6个开关管的门极，控制三相桥式逆变器向三相感应电机输出交流电信号。

2.根据权利要求1所述基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述速度调节器采用PI调节器。

3.根据权利要求1所述基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述三相桥式逆变器的6个开关管均为IGBT。

4.根据权利要求1所述基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述PWM控制器、速度调节器、第一～第三比较器、坐标变换模块和磁链/转矩观测器集成在一片DSP处理器上。

5.根据权利要求4所述基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述DSP处理器的型号为DSP28335。