CN111277190B - 变频器输出电流极性识别方法、装置、控制器和存储介质 - Google Patents

变频器输出电流极性识别方法、装置、控制器和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及变频技术领域，公开了一种变频器输出电流极性识别方法、装置、控制器和存储介质。该方法包括：采样电机三相电流瞬时值；根据三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下的电流瞬时值；根据静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值；根据实际值得到三相电流的极性。本发明实施方式根据电流矢量空间角识别得到电流极性，可提高电流极性识别的准确性，有利于提升变频器输出电压补偿效果。

Description

变频器输出电流极性识别方法、装置、控制器和存储介质
技术领域
本发明涉及变频技术领域，特别涉及一种变频器输出电流极性识别方法、 装置、控制器和存储介质。
背景技术
随着现代控制理论和电力电子技术的发展，变频技术在生产、生活中的 应用日益广泛，对变频技术的要求也越来越高。变频技术主要包括整流和逆变 两部分，其中整流(一般为不可控整流)较为简单，逆变成为变频技术的主要 研究内容。
逆变部分通过开关器件组成的三相桥式电路实现。在三相桥式逆变电路中， 由于开关器件存在导通时间和关断时间，为防止同一桥臂的上、下开关器件同 时导通，在它们进行开通、关断的交替时刻需要***死区时间。为弥补死区时 间对输出电压造成的影响，有必要对输出电压进行死区补偿。死区补偿中电流 极性的确定至关重要，错误的电流极性会加剧输出电压的畸变。
目前，变频器输出电流极性一般通过直接电流检测+滤波的方式得到。其中， 直接通过检测电流的过零点判断电流极性，但由于有谐波的存在，电流过零点 模糊，尤其在低频时，由于脉宽调制噪声和零电流钳位效应，存在多个过零点， 难以保证电流极性检测的准确性。为此，通常要对检测到的电流进行滤波处理。 但是滤波会导致电流信号相位的延迟，使得在某些区域的电流极性判断错误， 无法正确补偿死区时间对输出电压的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明实施方式的目的在于提供一种变频器输出电流极性识别 方法、装置、控制器和存储介质，根据电流矢量空间角识别得到电流极性，可 提高电流极性识别的准确性，有利于提升变频器输出电压补偿效果。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种变频器输出电流极性 识别方法，包括：
采样电机三相电流瞬时值；
根据所述三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下的电流瞬时值；
根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制估算 得到电流空间矢量角的实际值；
根据所述实际值得到所述三相电流的极性。
本发明的实施方式还提供了变频器输出电流极性识别装置，包括：
采样模块，用于采样电机三相电流瞬时值；
第一计算模块，用于根据所述三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下 的电流瞬时值；
第二计算模块，用于根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积 分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值；
极性确定模块，用于根据所述实际值得到所述三相电流的极性。
本发明的实施方式还提供了一种变频控制器，包括：存储器和处理器，存 储器存储计算机程序，处理器运行所述计算机程序以实现如前所述的变频器输 出电流极性识别方法。
本发明的实施方式还提供了一种存储介质，用于存储计算机可读程序，所 述计算机可读程序用于供计算机执行如前所述的变频器输出电流极性识别方 法。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过采样电机三相电流瞬时值,根据 三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下的电流瞬时值，再根据静止两相坐 标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实 际值，进而根据估算的实际值确定三相电流的极性，避免了直接检测定子电流 并进行滤波处理存在的某些区域的电流极性判断错误的问题，从而可提高电流 极性识别的准确性，有利于提升变频器输出电压补偿效果。
作为一个实施例，所述根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例 积分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值，具体包括：
计算得到电流合成空间矢量幅值Iαβ；
根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ所述Iαβ以及电流空间矢量 角的参考估算值
Figure BDA0002341563870000021
得到电流空间矢量角的实际值
Figure BDA0002341563870000022
与所述参考估算值
Figure BDA0002341563870000023
之间的 角度误差；
若所述角度误差不等于0，则对所述角度误差进行环路滤波得到补偿角频 率Δω；
将所述Δω与定子角频率ωs相加后积分，得到所述参考估算值
Figure BDA0002341563870000031
重复上述步骤，直至所述角度误差等于0时，将对应的所述参考估算值
Figure BDA0002341563870000032
作 为所述实际值
Figure BDA0002341563870000033
作为一个实施例，所述根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ所 述Iαβ以及电流空间矢量角的参考估算值
Figure BDA0002341563870000034
得到电流空间矢量角的实际值
Figure BDA0002341563870000035
与所 述参考估算值
Figure BDA0002341563870000036
之间的角度误差中，通过以下公式计算得到所述角度误差的相 关值：
Figure BDA0002341563870000037
作为一个实施例，若所述
Figure RE-GDA0002479611070000038
小于预设值，则令所述角度
误差
Figure RE-GDA0002479611070000039
作为一个实施例，所述根据所述实际值得到所述三相电流的极性中，通过 以下公式得到三相电流ia、ib、ic的极性：
Figure BDA00023415638700000310
Figure BDA00023415638700000311
Figure BDA00023415638700000312
其中，K为常数；sign(ix)为符号函数，若ix大于0，则sign(ix)为1，若ix小 于0，则sign(ix)为-1。
作为一个实施例，所述参考估算值
Figure BDA00023415638700000313
的初始值等于所述定子角频率的积分。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式变频器输出电流极性识别方法的流程图；
图2是根据本发明第一实施方式变频器输出电流极性识别方法中电流空间 矢量角的示意图；
图3是根据本发明第一实施方式变频器输出电流极性识别方法中电流空间 矢量角的目标估算值的计算流程图；
图4是根据本发明第二实施方式变频器输出电流极性识别装置的结构示意 图；
图5是根据本发明第三实施方式变频控制器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对 本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解， 在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。 但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可 以实现本发明所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种变频器输出电流极性识别方法，应用于变 频驱动装置，尤其适用于死区电压补偿。如图1所示，该方法包括步骤101至 步骤104。
步骤101：采样电机三相电流瞬时值。
即采样得到三相定子电流瞬时值ia、ib、ic，可以采用本领域技术人员熟知 的方式采样得到电机的三相定子电流瞬时值，此处不再赘述。
步骤102：根据三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下的电流瞬时值。
在此，可以通过3/2变换根据三相电流瞬时值ia、ib、ic得到静止两相坐标 系下的电流瞬时值iα、iβ。
步骤103：根据静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制 估算得到电流空间矢量角的实际值。
步骤103相当于通过基于PI(Proportional Integral，比例积分)调 节器的锁相环(Phase Locked Loop，简称PLL)技术得到电流空间矢量角的实 际值
Figure BDA0002341563870000041
具体而言，步骤103具体可以包括以下子步骤：
子步骤1,计算得到电流合成空间矢量幅值Iαβ；
其中，
Figure BDA0002341563870000042
子步骤2,根据静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ、Iαβ以及电流空间矢 量角的参考估算值
Figure BDA0002341563870000043
得到电流空间矢量角的实际值
Figure BDA0002341563870000044
与参考估算值
Figure BDA0002341563870000045
之间的角 度误差；
子步骤3,若角度误差不等于0，则对角度误差进行环路滤波得到补偿角频 率Δω；
子步骤4,将Δω与定子角频率ωs相加后积分，得到参考估算值
Figure BDA0002341563870000046
子步骤5,重复上述子步骤1～4，直至角度误差等于0时，将对应的参考估 算值
Figure BDA0002341563870000051
作为实际值
Figure BDA0002341563870000052
换言之，当角度误差等于0时，参考估算值
Figure BDA0002341563870000053
即为估算 的实际值
Figure BDA0002341563870000054
其中，电流空间矢量角
Figure BDA0002341563870000055
如图2所示。子步骤2～步骤5的计算处理过程可 参考图3。
如图3所示，子步骤1根据静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ、Iαβ以 及电流空间矢量角的参考估算值
Figure BDA0002341563870000056
得到电流空间矢量角的实际值
Figure BDA0002341563870000057
与参考估算 值
Figure BDA0002341563870000058
之间的角度误差中，可以通过以下公式计算得到角度误差
Figure BDA0002341563870000059
的相关值：
Figure BDA00023415638700000510
通过公式(一)可得到角度误差
Figure BDA00023415638700000511
其中，公式(一)相当于PLL中的 鉴相器，若
Figure BDA00023415638700000512
小于预设值，即当
Figure BDA00023415638700000513
很小时，则令角度误差
Figure BDA00023415638700000514
这样，可直接根据
Figure BDA00023415638700000515
近似得到角度误差
Figure BDA00023415638700000516
节约计 算量，若
Figure BDA00023415638700000517
大于或者等于预设值，则根据
Figure BDA00023415638700000518
计算出角度误差
Figure BDA00023415638700000519
子步骤3，当
Figure BDA00023415638700000520
时，对角度误差
Figure BDA00023415638700000521
进行PI控制，得到一个补偿角 频率Δω。子步骤3相当于锁相环中的“环路滤波器”。
子步骤4，将补偿角频率Δω与定子角频率ωs相加后积分，得到电流空间矢 量角的参考估算值
Figure BDA00023415638700000522
子步骤4相当于锁相环中的“压控振荡器”。
子步骤3中，当
Figure BDA00023415638700000523
时，由于PI调节器中积分环节(即I环节)的作 用，补偿角频率Δω保持某一固定值不再变化，从而保证估算出的实际值与实际 的电流空间矢量角
Figure BDA00023415638700000524
相等。
步骤104：根据实际值得到三相电流的极性。
具体地，可以通过以下公式确定ia、ib、ic的极性：
Figure BDA00023415638700000525
Figure BDA00023415638700000526
Figure BDA00023415638700000527
其中，K为常数；sign(ix)为符号函数，若ix大于0，则sign(ix)为1，若ix小 于0，则sign(ix)为-1。
即，若ia、ib、ic的符号值大于0且小于或者等于1，则确定对应的电流极 性为正，若ia、ib、ic的符号值小于0且大于或者等于-1，则确定对应的电流极 性为负。
本发明实施方式与现有技术相比，直接检测电机三相定子电流，然后通过 坐标变换转换为静止两相坐标系中的αβ电流，并计算αβ电流合成电流矢量的 幅值，然后通过αβ电流及其合成电流矢量的幅值、并利用基于PI调节器的锁 相环技术估算得到电流空间矢量角的实际值，以此来判断三相定子电流的极性。 本发明实施方式的基于PI调节器的锁相环技术，实为PI闭环控制；一方面， PI调节器兼有数字环路滤波器功能，可以实现对高频信号的滤波，防止出现过 零点的模糊带，避免了现有直接检测三相定子电流并进行滤波处理所带来的极 性错判问题；同时，PI闭环调节器不仅响应速度更快，而且稳态精度更高，从 而可以在很短的时间内准确估算电流空间矢量角，进而可快速、准确地判断电 流极性。
本发明的第二实施方式涉及一种变频器输出电流极性识别装置，如图4所 示，该变频器输出电流极性识别装置400包括：
采样模块401，用于采样电机三相电流瞬时值；
第一计算模块402，用于根据三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下 的电流瞬时值；
第二计算模块403，用于根据静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积 分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值；
极性确定模块404，用于根据实际值得到三相电流的极性。
可选地，第二计算模块403包括：
幅值计算子模块，用于计算得到电流合成空间矢量幅值Iαβ；
鉴相子模块，用于根据静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ、Iαβ以及电 流空间矢量角的参考估算值
Figure BDA0002341563870000061
得到电流空间矢量角的实际值
Figure BDA0002341563870000062
与参考估算值
Figure BDA0002341563870000063
之间的角度误差；
滤波子模块，用于若角度误差不等于0，则对角度误差进行环路滤波得到 补偿角频率Δω；
积分子模块，用于将Δω与定子角频率ωs相加后积分，得到参考估算值
Figure BDA0002341563870000064
鉴相子模块还用于通过以下公式计算得到角度误差的相关值：
Figure BDA0002341563870000065
进一步地，鉴相子模块还用于若
Figure BDA0002341563870000066
小于预设值，则令
Figure BDA0002341563870000067
极性确定模块404用于通过以下公式得到所述三相电流的极性：
Figure BDA0002341563870000068
Figure BDA0002341563870000071
Figure BDA0002341563870000072
其中，K为常数。sign(ix)为符号函数，若ix大于0，则sign(ix)为1，此时， 确定对应的ia、ib或者ic的电流极性为正；若ix小于0，则sign(ix)为-1，此时， 确定对应的ia、ib或者ic的电流极性为负。
本发明实施方式与现有技术相比，电流极性识别装置直接检测电机三相定 子电流，然后通过坐标变换转换为静止两相坐标系中的αβ电流，并计算αβ电 流合成电流矢量的幅值，然后通过αβ电流及其合成电流矢量的幅值、并利用基 于PI调节器的锁相环技术估算得到电流空间矢量角的实际值，以此来判断三相 定子电流的极性。本发明实施方式的基于PI调节器的锁相环技术，实为PI闭 环控制；一方面，PI调节器兼有数字环路滤波器功能，可以实现对高频信号的 滤波，防止出现过零点的模糊带，避免了现有直接检测三相定子电流并进行滤 波处理所带来的极性错判问题；同时，PI闭环调节器不仅响应速度更快，而且 稳态精度更高，从而可以在很短的时间内准确估算电流空间矢量角，进而可快 速、准确地判断电流极性。
本发明的第三实施方式涉及一种变频控制器。如图5所示，该变频控制器 包括：存储器502和处理器501；
其中，所述存储器502存储有可被所述至少一个处理器501执行的指令， 所述指令被所述至少一个处理器501执行以实现如第一实施方式所述的变频器 输出电流极性识别方法。
该电机控制器包括一个或多个处理器501以及存储器502，图5中以一个 处理器501为例。处理器501、存储器502可以通过总线或者其他方式连接， 图5中以通过总线连接为例。存储器502作为一种非易失性计算机可读存储介 质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处 理器501通过运行存储在存储器502中的非易失性软件程序、指令以及模块， 从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述变频器输出电流极性 识别方法。
存储器502可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储 操作***、至少一个功能所需要的应用程序。此外，存储器502可以包括高速 随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、 闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。一个或者多个模块存储在存储器502 中，当被一个或者多个处理器501执行时，执行上述任意方法实施方式中的变 频器输出电流极性识别方法。
上述设备可执行本发明实施方式所提供的方法，具备执行方法相应的功能 模块和有益效果，未在本实施方式中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施 方式所提供的方法。
本发明实施方式与现有技术相比，变频控制器直接检测电机三相定子电流， 然后通过坐标变换转换为静止两相坐标系中的αβ电流，并计算αβ电流合成电 流矢量的幅值，然后通过αβ电流及其合成电流矢量的幅值、并利用基于PI调 节器的锁相环技术估算得到电流空间矢量角的实际值，以此来判断三相定子电 流的极性。本发明实施方式的基于PI调节器的锁相环技术，实为PI闭环控制； 一方面，PI调节器兼有数字环路滤波器功能，可以实现对高频信号的滤波，防 止出现过零点的模糊带，避免了现有直接检测三相定子电流并进行滤波处理所 带来的极性错判问题；同时，PI闭环调节器不仅响应速度更快，而且稳态精度更高，从而可以在很短的时间内准确估算电流空间矢量角，进而可快速、准确 地判断电流极性。
本发明的第四实施方式涉及一种非易失性存储介质，用于存储计算机可读 程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行上述部分或全部的方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤 是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包 括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor) 执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括： U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器 (RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的 介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实 施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本 发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种变频器输出电流极性识别方法，其特征在于，包括：
采样电机三相电流瞬时值；
根据所述三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下的电流瞬时值；
根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值；
根据所述实际值得到所述三相电流的极性；
所述根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值，具体包括：
步骤1：计算得到电流合成空间矢量幅值Iαβ；
步骤2：根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ所述Iαβ以及电流空间矢量角的参考估算值
Figure FDA0003445018200000011
得到电流空间矢量角的实际值
Figure FDA0003445018200000012
与所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000013
之间的角度误差；
步骤3：若所述角度误差不等于0，则对所述角度误差进行环路滤波得到补偿角频率Δω；
步骤4：将所述Δω与定子角频率ωs相加后积分，得到所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000014
步骤5：重复步骤1～4，直至所述角度误差等于0时，将对应的所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000015
作为所述实际值
Figure FDA0003445018200000016
2.根据权利要求1所述的变频器输出电流极性识别方法，其特征在于，所述根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ所述Iαβ以及电流空间矢量角的参考估算值
Figure FDA0003445018200000017
得到电流空间矢量角的实际值
Figure FDA0003445018200000018
与所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000019
之间的角度误差中，通过以下公式计算得到所述角度误差的相关值：
Figure FDA00034450182000000110
3.根据权利要求2所述的变频器输出电流极性识别方法，其特征在于，若所述
Figure FDA00034450182000000111
小于预设值，则令所述角度误差
Figure FDA00034450182000000112
4.根据权利要求2所述的变频器输出电流极性识别方法，其特征在于，所述根据所述实际值得到所述三相电流的极性中，通过以下公式得到三相电流ia、ib、ic的极性：
Figure FDA00034450182000000113
Figure FDA0003445018200000021
Figure FDA0003445018200000022
其中，K为常数；sign(ix)为符号函数，若ix大于0，则sign(ix)为1，若ix小于0，则sign(ix)为-1,x＝a，b，c；故ix代指ia、ib或者ic。
5.根据权利要求2所述的变频器输出电流极性识别方法，其特征在于，所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000023
的初始值等于所述定子角频率的积分。
6.一种变频器输出电流极性识别装置，其特征在于，包括：
采样模块，用于采样电机三相电流瞬时值；
第一计算模块，用于根据所述三相电流瞬时值计算得到静止两相坐标系下的电流瞬时值；
第二计算模块，用于根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值；
所述根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值进行比例积分PI闭环控制估算得到电流空间矢量角的实际值，具体包括：
步骤1：计算得到电流合成空间矢量幅值Iαβ；
步骤2：根据所述静止两相坐标系下的电流瞬时值iα、iβ所述Iαβ以及电流空间矢量角的参考估算值
Figure FDA0003445018200000024
得到电流空间矢量角的实际值
Figure FDA0003445018200000025
与所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000026
之间的角度误差；
步骤3：若所述角度误差不等于0，则对所述角度误差进行环路滤波得到补偿角频率Δω；
步骤4：将所述Δω与定子角频率ωs相加后积分，得到所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000027
步骤5：重复步骤1～4，直至所述角度误差等于0时，将对应的所述参考估算值
Figure FDA0003445018200000028
作为所述实际值
Figure FDA0003445018200000029
极性确定模块，用于根据所述实际值得到所述三相电流的极性。
7.一种变频控制器，其特征在于，包括：存储器和处理器，存储器存储计算机程序，处理器运行所述计算机程序以实现如权利要求1至5中任一项所述的变频器输出电流极性识别方法。
8.一种存储介质，其特征在于，用于存储计算机可读程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行如权利要求1至5中任一项所述的变频器输出电流极性识别方法。
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