[發(fā)明專利]可變載頻電機(jī)控制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310351152.1
• 申請(qǐng)日: 2013-08-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103414420A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊陽(yáng);陳曉嬌;徐世文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州洲鉅電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00
• 代理公司: 杭州華知專利事務(wù)所 33235
• 代理人: 張德寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種基于永磁同步電機(jī)電機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)可變載頻電機(jī)進(jìn)行控制的控制器，屬于電力傳動(dòng)控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，交流電機(jī)取代直流電機(jī)成為了現(xiàn)代電力電子發(fā)展的主流方向。交流電機(jī)分為同步電機(jī)、異步電機(jī)兩大類。異步電機(jī)是通過(guò)定子電流的勵(lì)磁分量來(lái)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，而永磁同步電機(jī)是通過(guò)轉(zhuǎn)子永磁體來(lái)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，相較于異步電機(jī)，永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度大、無(wú)勵(lì)磁損耗、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此永磁同步電機(jī)在航空航天、工業(yè)自動(dòng)化裝置、電動(dòng)車、醫(yī)療器械、家用電器和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多。

現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，多采用矢量控制方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。矢量控制方案是一種計(jì)算量較大的電機(jī)控制方案，其將三相電動(dòng)機(jī)的相電流/相電壓通過(guò)Clark和Park矢量變換到兩軸的電機(jī)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，然后通過(guò)電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和逆坐標(biāo)變換系統(tǒng)，經(jīng)設(shè)置有多個(gè)功率晶體管的三相電源換流器輸出，用于控制電機(jī)的三相交流電流。現(xiàn)有的矢量控制技術(shù)是在單片機(jī)程序中通過(guò)一個(gè)定時(shí)器中斷完成所有的矢量計(jì)算，如圖3所示，由于定時(shí)器的中斷周期為固定值，則三相電源換流器中多個(gè)晶體管的脈寬調(diào)制控制周期也為固定值，這樣便導(dǎo)致電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的載波頻率相同，從而產(chǎn)生固定頻率的諧波干擾，影響電機(jī)控制品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種脈寬調(diào)制控制周期可變，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同載頻進(jìn)行控制的可變載頻電機(jī)控制器，其能夠明顯減少電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的固定頻率的諧波干擾，提高電機(jī)控制品質(zhì)。

本發(fā)明的目的主要是通過(guò)下述方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種可變載頻電機(jī)控制器，包括依次電連接的電機(jī)矢量控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、閉環(huán)PI調(diào)速模塊、空間矢量脈寬調(diào)制模塊和三相逆變器，所述電機(jī)矢量控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的控制信號(hào)經(jīng)閉環(huán)PI調(diào)速模塊輸入給空間矢量脈寬調(diào)制模塊，由空間矢量脈寬調(diào)制模塊的輸出端將控制信號(hào)輸入給三相逆變器的輸入端，三相逆變器將控制信號(hào)信號(hào)輸入至電機(jī)矢量控制模塊以達(dá)到閉環(huán)控制，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與閉環(huán)PI調(diào)速模塊之間設(shè)有坐標(biāo)變換模塊，用于將永磁同步電機(jī)的三相電流轉(zhuǎn)換成直軸、交軸上的等效電流，所述閉環(huán)PI調(diào)速模塊與空間矢量脈寬調(diào)制模塊之間設(shè)有逆坐標(biāo)變換模塊，用于將直軸、交軸上的等效電流轉(zhuǎn)換成三相電流，所述可變載頻電機(jī)控制器還包括有隨機(jī)載頻生成模塊，所述隨機(jī)載頻生成模塊的輸出端分別與空間矢量脈寬調(diào)制模塊和電機(jī)矢量控制模塊電連接。

采用本方案，在模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與閉環(huán)PI調(diào)速模塊之間設(shè)有坐標(biāo)變換模塊，用于將永磁同步電機(jī)的三相電流轉(zhuǎn)換成直軸、交軸上的等效電流，所述閉環(huán)PI調(diào)速模塊與空間矢量脈寬調(diào)制模塊之間設(shè)有逆坐標(biāo)變換模塊，用于將直軸、交軸上的等效電流轉(zhuǎn)換成三相電流，這樣的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)不需位置傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的觀測(cè)，簡(jiǎn)化電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，大大降低電機(jī)控制系統(tǒng)的成本，提高電機(jī)的穩(wěn)定性。同時(shí)在可變載頻電機(jī)控制器設(shè)置隨機(jī)載頻生成模塊，所述隨機(jī)載頻生成模塊的輸出端分別與空間矢量脈寬調(diào)制模塊和電機(jī)矢量控制模塊電連接，由可變載頻生成模塊生成的變化載頻值輸入給空間矢量脈寬調(diào)制模塊，同時(shí)隨機(jī)載頻生成模塊使電機(jī)矢量控制模塊中矢量計(jì)算程序不受影響，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)中單片機(jī)的計(jì)算程序和載頻生成程序分離。這樣通過(guò)實(shí)時(shí)改變電機(jī)載波頻率，減低驅(qū)動(dòng)模塊以固定周期開(kāi)關(guān)所帶來(lái)的信號(hào)干擾，提高了電機(jī)控制品質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述的隨機(jī)載頻生成模塊包括中斷定時(shí)器和隨機(jī)載頻生成系統(tǒng)，所述中斷定時(shí)器包括第一中斷定時(shí)器與第二中斷定時(shí)器，所述第一中斷定時(shí)器與電機(jī)矢量控制模塊電連接，所述第二中斷定時(shí)器與隨機(jī)載頻生成系統(tǒng)電連接。第一中斷定時(shí)器與電機(jī)矢量控制模塊電連接，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、閉環(huán)PI調(diào)速模塊的中斷計(jì)算，第一中斷定時(shí)器的中斷時(shí)間是根據(jù)程序的運(yùn)行時(shí)間確定，且大于所運(yùn)行程序的運(yùn)行時(shí)間，不能隨機(jī)改變；第二中斷定時(shí)器用于隨機(jī)載頻生成系統(tǒng)中載頻生成計(jì)算，通過(guò)實(shí)時(shí)改變第二中斷定時(shí)器的中斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)載頻的實(shí)時(shí)更新，隨機(jī)載頻通過(guò)輸出端輸入給空間矢量脈寬調(diào)制模塊。通過(guò)第一中斷定時(shí)器和第二中斷定時(shí)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)矢量計(jì)算程序和載頻的分離。

作為優(yōu)選，所述坐標(biāo)變換模塊包含Clark變換模塊和Park變換模塊，所述Clark變換模塊的輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接，所述Park變換模塊的輸入端與Clark變換模塊的輸出端相連，所述Park變換模塊的輸出端與閉環(huán)PI調(diào)速模塊的輸入端相連。通過(guò)Clark變換模塊和Park變換模塊，將永磁同步電機(jī)的三相電流轉(zhuǎn)換成直軸、交軸上的等效電流。