一种电机定子电流的采样方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电机矢量控制的技术领域，特别涉及定子电流检测和采样方法。
【背景技术】
[0002] 定子电流的正确采样是实现电机矢量控制的基础。在矢量控制当中，电流内环的 快速响应能力直接影响系统的各项指标，正确的定子电流采集来进行坐标变换是非常关键 的。
[0003] 例如专利申请201410474695. 7,公开了一种叶轮不平衡故障的双馈风力发电机定 子电流诊断方法，该方法具体包括：采集双馈发电机定子单相电流，利用FFT分析提取出该 定子单相电流的基波频率；利用得到的基波频率计算叶轮不平衡故障下定子相电流的故障 特征分量；采集风电机组叶轮转速信号，计算定子电流叶轮不平衡故障特征频率；利用FFT 对得到的定子相电流的故障特征分量进行频谱分析，根据此时的故障特征频率，提取出该 频率处的幅值，并与同一风速工况时，风电机组正常情况下的特征频率幅值作比较判断故 障严重程度。该方法的利用频率特性来进行故障判断，取样及计算都颇为复杂，且频率容易 收到多种因素干扰，难以做的准确取样。
[0004] 因此，在电机定子电流控制系统当中，常用的电流采样主要有：1)利用两个电流 传感器器采样电机的两相相电流；2)利用单电阻采样直流母线的电流，以此来重构电机的 相电流。
[0005] 利用电流传感器法的成本较高、体积较大，在价格比较敏感的电机调速产品往往 会受到限制。在单电阻采样，为了采集母线电流和相电流重构，采用空间电压矢量调制方 法。在实际中，硬件的部分滞后会造成单电阻采样会在非观测区不能进行电流重构，而在一 个扇区内的两次采样也会在控制上增加复杂程度，如图1和图2所示，在第一扇区内，两次 采样过程开关导通情况和电流的流向情况。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电机定子电流的采样方法，该方法 既可以减少采集的复杂程度，又可以节约成本。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0008] -种电机定子电流的采样方法，该方法包括：
[0009] 101、定义逆变器桥臂的开关状态为Sa，Sb，S。，当上桥臂导通时，开关状态为'1'，否 则状态为'〇' ；
[0010] 102、上桥臂全部处于关断，下桥臂全部开通的时刻，即SaSbS。= '000'，进行采集 两相定子电流；
[0011] 103、采集到的两相定子电流，利用ia+ib+i。= 0这个约束条件，再进行静止三相坐 标到两相静止正交坐标系的变化，其中，ia、ib和i。是电机A相、B相和C相的定子电流。
[0012] 所述步骤102中，采样电路的电阻为精密电阻RJPR2，安装在下桥臂与地之间，而 A和B为运放，用作调理定子电流，直流母线侧为电压为Vd。，GND为地。
[0013] 在第一扇区内，A相定子电流经过精密电阻，经过二极管续流，再流进电机当中的 中性点，对于B相定子电流，从电流的中性点流出经过精密电阻之后再流给电源的负端，这 样只要采集一次就能够得出A和B相的定子电流，另外扇区的采集方式也是类似的。
[0014] 所述方法中，任意时刻上下桥臂之间不能同时导通，否则，电源直通则会损坏逆变 器。
[0015] 所述静止三相坐标到两相静止正交坐标系的变化的表达式为：
[0017] 所述采样电路后接有提升电路，因为采集到电机的定子电流为双极性，而流入控 制器的信号为单极性且处于OV-3. 3V之间，需要一个提升电路。
[0018] 进一步，所述提升电路同时有放大电路，当电机处于空载或负载较小的情况下， 定子电流的值较小，需要放大，放大的倍数不宜过大，放大后的电压信号的峰值最好处于 OV-3. 3V之间。
[0019] 本发明通过特定的采样方法，可以减少采集的复杂程度，只要采集一次就能够得 出A和B相的定子电流，又可以节约成本。
【附图说明】
[0020] 图1是单电阻采样方式一的设计框图。
[0021] 图2是单电阻采样方式二的设计框图。
[0022] 图3是空间电压矢量及扇区分区图。
[0023] 图4是本发明实施定子电流采集框图。
[0024] 图5是采样时刻的电流流向图。
[0025] 图6是本发明实施提升电路的电路图。
[0026] 图7是本发明实施放大电路的电路图。
[0027] 图8是本发明实施定子电流调制的过程示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0029] 请参照图4所示，本发明所实现的电机定子电流的采样方法，该方法包括：
[0030] 101、定义逆变器桥臂的开关状态为Sa，Sb，S。，当上桥臂导通时，开关状态为'1'， 否则状态为'〇' ；这里同样采用电压空间矢量调制的方式，该方式的原理为：通过控制非零 电压基本电压矢量Uq(IOO)、U6。(110)、U12。(010)、Ulfffl (011)、U24。(011)、U3m(IOI)和零矢量 O000 (OOO)、0m (000)的作用时间，实现对交流电机电压波形的控制。6个非零的电压矢量将 空间电压矢量平面分为6个扇区，如图3所示。电机为M，电阻为精密电阻&和R2，安装在 下桥臂与地之间，而A和B为运放，用作调理定子电流，直流母线侧为电压为Vd。，GND为地。
[0031] 102、当逆变器上桥臂全部处于关断，下桥臂全部开通的时刻进行采集两相定子电 流；在任何一个扇区内，只有在〇_(〇〇〇)这个时刻采集，如图4所示，因为电机绕组的线圈 呈感性，流过线圈上的相电流不能突变，此时流过精密电阻&和R2的电流为定子续流的电 流，与下桥臂并联的二极管能够起到续流的作用，即为电机的定子电流。
[0032] 结合图5所示，在第一扇区内采集，A相定子电流经过精密电阻，经过二极管续流， 再流进电机当中的中性点，对于B相，从电流的中性点流出经过精密电阻之后再流给电源 的负端，在不同的扇区，A和B相的电流流向如图5所示，在任何一个扇区只要采集一次就 能够得出A和B相的定子电流，在另外扇区内，电流流向如图5所示。
[0033] 103、采集到的两相定子电流，利用ia+ib+i。= 0这个约束条件，再进行静止三相坐 标到两相静止正交坐标系的变化，其中，ia、ib和i。是电机A相、B相和C相的定子电流。
[0035] 对于上述提到的逆变器可以是ST(意法半导体）公司的P75NF75,精密电阻可以 是0. 5Q，功率是1W，1%精度，封装类型为2512。集成运放芯片可以为LM358。对于电机， 可以是永磁同步电机，四对极，额定功率为30W，控制器可以是Altera公司提供的Cyclone III型的EP3C25Q240C8N，这里的AD转换芯片可以是AD9201，该芯片通过FPGA输出的方波 上升沿和下降沿触发，可以同时转换两路定子电流。
[0036] PffM的调制在FPGA芯片内过程当中，运用的载波为三角波，这里采用电压空间矢 量PffM(SVPffM)控制技术，调制波为马鞍波，在三角波的开始计数，此时就是采集时刻，这时 逆变器上桥臂是关断的，下桥臂是开通的，控制同步在FPGA上输出一个脉冲信号，从而触 发外围的AD芯片，使其开始转换。
[0037] 采集到电机的定子电流为双极性，而流入控制器的信号为单极性且处于OV-3. 3V 之间，需要一个提升电路，如图6所示。另外，电机处于空载或负载较小的情况下，定子电流 的值较小，需要放大，放大电路如图7所示，放大的倍数不宜过大，其峰值处于0-3. 3V之间。
I. 65V〇
[0039] 定子电流A相的放大电路如图7所示，由上述输出的Vraf的电压连接到图当中的
放大倍数需要不断调整好R3、&和R5的值。当脉冲从FPGA输出触发信号时，AD9201接收 到来自FPGA的脉冲信号之后进行模数转换，得到的正确的数字量后直接送到后续的坐标 变换运算。
[0040] 同样，对于B相的定子电流的调理也是基于以上分析的。
[0041] 图8所示为电机上读取的定子电流经过调制之后，最终送入到控制器的示意图， 在控制器里面的得到的都是数字量，其最高位的O和1代表的是符号位，1表示负，O表示 正。
[0042] 本发明通过上述的采样方法，可以减少采集的复杂程度，只要采集一次就能够得 出A和B相的定子电流，又可以节约成本。
[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种电机定子电流的采样方法，其特征在于该方法包括： 101、 定义逆变器桥臂的开关状态为sa，Sb，S。，当上桥臂导通时，开关状态为' 1'，否则状 态为'〇' ； 102、 当逆变器上桥臂全部处于关断，下桥臂全部开通的时刻，即SaSb\= '000'，进行 采集两相定子电流； 103、 采集到的两相定子电流，利用ia+ib+L= 0这个约束条件，再进行静止三相坐标到 两相静止正交坐标系的变化，其中，ia、ib和i。是电机A相、B相和C相的定子电流。2. 如权利要求1所述的电机定子电流的采样方法，其特征在于所述步骤102中，采样电 路的电阻为精密电阻&和R2，安装在下桥臂与地之间，直流母线侧为电压为Vd。，GND为地。3. 如权利要求1所述的电机定子电流的采样方法，其特征在于所述方法中，任意时刻 上下桥臂之间不能同时导通。4. 如权利要求1所述的电机定子电流的采样方法，其特征在于所述静止三相坐标到两 相静止正交坐标系的变化的表达式为：5. 如权利要求2所述的电机定子电流的采样方法，其特征在于所述采样电路后接有提 升电路。6. 如权利要求2所述的电机定子电流的采样方法，其特征在于所述后接有放大电路， 且放大后的电压信号的峰值处于OV-3. 3V之间。
【专利摘要】本发明公开了电机矢量控制中的一种电机定子电流的采样方法，该方法包括首先定义逆变器桥臂的开关状态为Sa，Sb，Sc，当上桥臂导通时，开关状态为‘1’，否则状态为‘0’；然后，当上桥臂全部处于关断，下桥臂全部开通的时刻进行两相定子电流的采集；采集到的两相定子电流，利用ia+ib+ic＝0这个约束条件，再进行静止三相坐标到两相静止正交坐标系的变化，这样定子电流就正确采集。其中，ia、ib和ic是电机A相、B相和C相的定子电流。本发明通过特定的采样方法，可以减少采集的复杂程度，只需采集一次就能够得出A和B相的定子电流，可节约成本。
【IPC分类】H02P21/14
【公开号】CN105024614
【申请号】CN201510385986
【发明人】吴礼智, 齐凡
【申请人】深圳市富晶科技有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月30日