用在变频器上的三相/二相坐标变换方法

摘要

本发明提供一种用在变频器上的三相/二相坐标变换方法，所述变换方法用以下步骤可将Ua、Ub、Uc三相静止坐标系下电压信号转换为VD+和VQ+两相静止坐标系下电压信号：步骤一：将UaUb两相电压信号和UbUc两相电压信号分别进行差分比例运算；步骤二：将步骤一完成的差分比例运算电压信号，分别进行同相比例运算和同相求和比例运算；步骤三：完成步骤二运算结果的电压信号输出两相静止坐标系下电压信号VD+和VQ+。本发明利用电子电路解决了将静止坐标系下的三相电压信号等效转换为静止坐标系下的两相电压信号问题；节约了中央处理器的资源，改善了变频器中央处理器的实时处理能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相/二相坐标变换方法，尤其是一种用在变频器上的三相/二相坐标变换方法。

背景技术

在工业变频器技术中，将静止坐标系下的三相电压信号等效转换为静止坐标系下的两相电压信号，通常是采用软件方式进行转换。在变频器中普遍利用中央处理器DSP对三相电压信号进行处理。由于中央处理器DSP需要通过编程实时处理多项操作任务，如电源同步信号、电流信号和母线电压信号等多个信号的采集、运算、通讯、PWM波的发生等工作，占用DSP大部分资源，因此，变频器对DSP的实时处理能力要求很高，而DSP的实时处理能力的改善常常是从DSP的本身性能着手，如增加多处理系统，但是其技术难度很高，投入的成本也很高。而利用电子电路方法是改善中央处理器DSP实时处理能力的迂回解决途径，该方法可以节约中央处理器DSP的资源，提高系统的实施性、改善变频器的响应速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不占用中央处理器资源，并能改善中央处理器实时处理能力的三相电压信号的变换方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用在变频器上的三相/二相坐标变换方法，所述变换方法用以下步骤可将U_a、U_b、U_c三相静止坐标系下电压信号转换为VD+和VQ+两相静止坐标系下电压信号：步骤一：将U_aU_b两相电压信号和U_bU_c两相电压信号分别进行差分比例运算；步骤二：将步骤一完成的差分比例运算电压信号，分别进行同相比例运算和同相求和比例运算；步骤三：完成步骤二运算结果的电压信号输出两相静止坐标系下电压信号VD+和VQ+。

作为本发明的进一步改进，所述的差分比例运算是在差分比例运算器中完成的，所述同相比例运算是在同相比例运算器中完成的，所述同相求和运算是在同相求和运算器中完成的。

作为本发明的另一种改进，在U_aU_b两相电压信号和U_bU_c两相电压信号之间分别连接由一个正向二极管和一个反向二极管组成的输入保护电路，该输入保护电路可防止差分比例运算器输入端电压差太大损坏运算放大电路。

本发明的有益效果在于：

1、利用电子电路解决了将静止坐标系下的三相电压信号等效转换为静止坐标系下的两相电压信号问题；

2、节约了中央处理器的资源，改善了变频器中央处理器的实时处理能力，提高系统的实施性、改善变频器的响应速度。

附图说明

下面结合附图和本发明的具体实施方式作进一步详细说明：

图1是本发明三相/二相坐标变换方法的原理框图；

图2是本发明静止坐标系下三相电压波形转换为两相电压波形图；

图3是本发明静止坐标系下两相电压波形图。

具体实施方式

图1是本发明三相/二相坐标变换方法的原理框图。本发明所述三相/二相坐标变换方法是采用差分比例运算、同相比例运算和同相求和运算的方法完成了静止坐标系下U_a、U_b、U_c三相电压信号转换为VD+和VQ+两相静止坐标系下电压信号。该方法分以下步骤：步骤一：将U_a U_b两相电压信号和U_b U_c两相电压信号分别进行差分比例运算；步骤二：将步骤一完成的差分比例运算电压信号，分别进行同相比例运算和同相求和比例运算；步骤三：完成步骤二运算结果的电压信号输出两相静止坐标系下电压信号VD+和VQ+。

下面运用理论推算的方式证明上述方法可以完成静止坐标系下三相电压信号转换为静止坐标系下两相电压信号。假设输入的三相电压信号方程是：

$\left(\begin{array}{c}{U}_a=U_m\cos \mathrm{\omega t}\\ U_b=U_m\cos (\mathrm{\omega t}-2\pi /3)\\ U_c=U_m\cos (\mathrm{\omega t}+2\pi /3)\end{array}\right)$

采用空间坐标变换方法，将上述方程变换到两相静止坐标系中，其变换矩阵为：

$T_{\mathrm{DQ}/\mathrm{abc}}=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right)$

变换方程为：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{VD}+\\ \mathrm{VQ}+\end{array}\right)=\left[T_{\mathrm{DQ}/\mathrm{abc}}\right]\left(\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right)$

用上述方程和矩阵计算：

VD+＝2/3[U_mcosωt-1/2U_mcos(ωt-2/3π)-1/2U_mcos(ωt+2/3π)]

   ＝2/3U_mcosωt-1/3U_mcos(ωt-2/3π)-1/3U_mcos(ωt+2/3π)

＝U_mcosωt

可见VD+和U_a是同相的。

VQ+＝2/3[0.866U_mcos(ωt-2/3π)-0.866U_mcos(ωt+2/3π)]

＝0.289U_mcos(ωt-2/3π)-0.289U_mcos(ωt+2/3π)

＝U_msinωt

因此，静止坐标系下三相电压信号通过差分比例运算器U3B、同相比例运算器U3C、差分比例运算器U3A和同相求和运算器U3D的组合运算可以得到静止坐标系下两相电压信号VD+和VQ+。

从理论推算得知，该方法正好实现了三相静止坐标系下的三相电压信号(U_a、U_b、U_c)到两相静止坐标系下的电压信号(VD+和VQ+)的转换。可参考图2和图3。

图2中A、B、C分别是输入的三相电压信号；VD+是输出的D轴电压信号。

图3中VD+和VQ+分别是输出的D轴和Q轴电压信号，相位正好相差90度。

本发明三相/二相坐标变换方法的实现是在运算器中完成的，也就是说，所述的差分比例运算是在差分比例运算器中完成的，所述同相比例运算是在同相比例运算器中完成的，所述同相求和运算是在同相求和运算器中完成的。

本发明中为了防止差分比例运算器输入端电压差太大损坏运算放大电路，在两相电压之间加入一个输入保护电路，该输入保护电路的组成是在U_a U_b两相电压信号和U_b U_c两相电压信号之间分别连接一个正向二极管和一个反向二极管。

本发明不局限于上述具体实施方式，凡是依据本发明技术方案所作的显而易见的技术变形，均落在本发明的保护范围之内。