專利名稱：一種抑制變頻器過(guò)壓失速的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變頻電機(jī)，更具體地說(shuō)，涉及一種抑制變頻器過(guò)壓失速的方法及裝置。
背景技術(shù)：
由于一般變頻器母線上的電容都很大，在電機(jī)減速發(fā)電時(shí)，對(duì)母線電壓的控制為 一大慣性環(huán)節(jié)，存在較大的滯后。在控制上容易超調(diào)，導(dǎo)致變頻器過(guò)壓報(bào)警。業(yè)內(nèi)通常采用變壓變頻控制(VVVF，簡(jiǎn)稱V/F)控制算法來(lái)控制變頻電機(jī)的速度。 V/F的過(guò)壓失速問(wèn)題一直是變頻器研發(fā)和使用過(guò)程中的難題。它既要滿足控制的有效性， 實(shí)現(xiàn)不過(guò)壓，又要達(dá)到功能的易用性，讓現(xiàn)場(chǎng)用戶在使用過(guò)程中易于理解接受，方便參數(shù)調(diào) 試。過(guò)壓失速的困難之處在于無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)母線電壓的精確控制，這源于V/F控制算法所固 有的特性。普通的V/F不需要準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)的有效 控制。在一些特殊的V/F場(chǎng)合，為了避免過(guò)壓失速，改善減速性能，不得不加裝制動(dòng)電 阻，將電機(jī)的能量消耗在制動(dòng)電阻上。但是這將引起用戶成本上升，并且維護(hù)麻煩，因?yàn)橹?動(dòng)電阻使用一段時(shí)間后可能失效，需要更換，使得生產(chǎn)效率降低。傳統(tǒng)的過(guò)壓失速抑制方法通過(guò)手動(dòng)判斷母線電壓的大小、變化斜率，通過(guò)改變減 速時(shí)間來(lái)改變頻率變化量。這種方法程序復(fù)雜、不可靠。對(duì)于不同功率等級(jí)的電機(jī)、不同負(fù) 載，參數(shù)的適應(yīng)性差。由于沒(méi)有明確的控制方法，無(wú)法用數(shù)學(xué)模型來(lái)精確描述，因而適應(yīng)性 差，通常使減速時(shí)間被拉的很長(zhǎng)，母線電壓波動(dòng)大，控制效果很不理想。而且現(xiàn)場(chǎng)用戶需要 反復(fù)調(diào)試各種參數(shù)，使用極不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)壓失速抑制方法得出的參數(shù)對(duì) 不同功率等級(jí)的電機(jī)、不同負(fù)載的適應(yīng)性差、控制效果不好的缺陷，提供一種基于有功功率 反饋的過(guò)壓失速控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種抑制變頻器過(guò)壓失速的方 法，包括采樣母線電壓Vbus，并計(jì)算采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值 AVdc ；采樣電機(jī)相電流，并實(shí)時(shí)計(jì)算反饋功率Power ；當(dāng)采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc大于零時(shí)，執(zhí)行如下步 驟電壓調(diào)節(jié)器dcPID依照PID控制算法、基于所述采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn) Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc計(jì)算瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power* ；計(jì)算所述反饋功率Power與所述瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間的差值Δ Pt ；功率調(diào)節(jié)器ptPID依照PID控制算法、基于所述反饋功率Power與瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間的差值Δ Pt計(jì)算并輸出頻率的遞減值df* ；使用所述頻率的遞減值df*調(diào)節(jié)變頻器脈寬調(diào)制波(PWM)的頻率遞減量。在本發(fā)明所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法中，所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID的上、下 限參數(shù)由設(shè)定的過(guò)壓失速增益確定，其中，所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID的上限參數(shù)用于限制瞬 時(shí)功率的設(shè)定值Power*的上限。在本發(fā)明所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法中，所述功率調(diào)節(jié)器ptPID的上、下 限參數(shù)由設(shè)定的減速時(shí)間確定，其中，所述功率調(diào)節(jié)器PtPID的上限參數(shù)用于限制頻率遞 減量的上限。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的另一技術(shù)方案是構(gòu)造一種抑制變頻器過(guò)壓失速 的裝置，包括用于采樣母線電壓Vbus的電路；用于采樣電機(jī)相電流并實(shí)時(shí)計(jì)算反饋功率Power的電路；第一加法器，用于計(jì)算采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc ；第二加法器；遵循PID控制算法的電壓調(diào)節(jié)器dcPID ；及遵循PID控制算法的功率調(diào)節(jié)器ptPID ；其中，當(dāng)采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc大于零時(shí)所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID基于所述采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值 AVdc計(jì)算瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power* ；所述第二加法器計(jì)算所述反饋功率Power與所述瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間 的差值A(chǔ)Pt ；所述功率調(diào)節(jié)器ptPID基于所述反饋功率Power與瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之 間的差值Δ Pt計(jì)算頻率的遞減值df*，并輸出所述頻率的遞減值df*。在本發(fā)明所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的裝置中，所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID的上、下 限參數(shù)由設(shè)定的過(guò)壓失速增益確定，其中，所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID的上限參數(shù)用于限制瞬 時(shí)功率的設(shè)定值Power*的上限。在本發(fā)明所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的裝置中，所述功率調(diào)節(jié)器ptPID的上、下 限參數(shù)由設(shè)定的減速時(shí)間確定，其中，所述功率調(diào)節(jié)器PtPID的上限參數(shù)用于限制頻率遞 減量的上限。實(shí)施本發(fā)明，具有以下有益效果由于采用電壓外環(huán)、功率內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，將電 壓環(huán)的調(diào)節(jié)結(jié)果作為功率控制的設(shè)定，能夠準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)回饋功率、調(diào)節(jié)輸出頻率 的遞減量，從而能夠快速有效地控制母線電壓，實(shí)現(xiàn)在電機(jī)減速時(shí)對(duì)母線電壓的精確控制。 能夠適用各種功率等級(jí)的電機(jī)、不同負(fù)載的場(chǎng)合。另外，輔助以特殊的控制參數(shù)整定方法，用減速時(shí)間設(shè)定作為頻率遞減量的上限， 通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)壓失速增益來(lái)調(diào)節(jié)外環(huán)的上下限，從而更有效的抑制能量的回饋。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是本發(fā)明抑制變頻器過(guò)壓失速的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明抑制變頻器過(guò)壓失速的方法的一實(shí)施例的流程圖；圖3是本發(fā)明抑制變頻器過(guò)壓失速的方法的另一實(shí)施例的流程圖；圖4是采用本發(fā)明的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法和裝置，第一實(shí)例中得到實(shí)際測(cè) 試曲線圖；圖5是采用本發(fā)明的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法和裝置，第二實(shí)例中得到實(shí)際測(cè) 試曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出電壓外環(huán)、功率內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，能夠有效地控制母線電壓，從而抑制 變頻器過(guò)壓失速。如圖1所示，本發(fā)明的抑制變頻器過(guò)壓失速的裝置100包括第一加法器110、電壓 調(diào)節(jié)器(dcPID) 120、第二加法器130、功率調(diào)節(jié)器(ptPID) 140及母線電壓采樣電路112、相 電流采樣及實(shí)時(shí)功率計(jì)算電路132、電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定模塊(LT 1#) 122及功率調(diào)節(jié)器參 數(shù)設(shè)定模塊(LT 2#)142。其中，各部件的功能和用途將在后面結(jié)合圖2和圖3作詳細(xì)描述。本發(fā)明的控制原理是將過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/和實(shí)際母線電壓之Vbus差A(yù)Vdc作為電 壓調(diào)節(jié)器dcPID的輸入，dcPID依據(jù)PID (比例-積分-微分)控制算法調(diào)節(jié)輸出瞬時(shí)功率 的設(shè)定Power* ；通過(guò)采樣電機(jī)三相電流實(shí)時(shí)計(jì)算反饋功率Power，Power*和Power之差A(yù)Pt 作為功率調(diào)節(jié)器的輸入；經(jīng)過(guò)功率調(diào)節(jié)器ptPID計(jì)算得到頻率的遞減值df* ；使用所述頻率 的遞減值dfH周節(jié)變頻器脈寬調(diào)制波(PWM)的頻率遞減量。在使用過(guò)程中，用戶首先需要根據(jù)變頻器、電機(jī)及負(fù)載的類型，設(shè)定過(guò)壓抑制點(diǎn) Vbus*(略低于硬件過(guò)壓點(diǎn))、過(guò)壓失速增益OVfein和減速時(shí)間decTime。其中，通過(guò)選擇/ 調(diào)整過(guò)壓失速增益OVfein的設(shè)定值可以調(diào)節(jié)dcPID的參數(shù)和其上下限，限制Power*的最 大值，從而增強(qiáng)對(duì)母線電壓的控制能力；通過(guò)設(shè)定減速時(shí)間decTime，計(jì)算頻率遞減量作為 PtPID的上限ΔFreqmax，從而實(shí)現(xiàn)減速時(shí)間設(shè)定的有效性。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法200的流程圖。如圖2 所示，本發(fā)明的方法200從步驟210開(kāi)始。之后，在步驟220，母線電壓采樣電路112對(duì)母線 電壓Vbus進(jìn)行采樣；同時(shí)在步驟221，相電流采樣及實(shí)時(shí)功率計(jì)算電路132對(duì)電機(jī)三相電流 進(jìn)行采樣，并實(shí)時(shí)計(jì)算反饋功率Power。在步驟230，第一加法器計(jì)算采樣母線電壓Vbus與過(guò) 壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值八Vdc 0隨后，在判斷步驟M0，判斷AVdc是否大于零。在八Vdc 大于零的情況下，進(jìn)入步驟250;在Δ Vdc小于或等于零的情況下，返回步驟220和221。在 步驟250，電壓調(diào)節(jié)器dcPID 120依照PID控制算法、基于采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn) Vbu/之間的差值Δ Vdc計(jì)算瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*。之后，在步驟沈0，第二加法器130 基于步驟221和步驟250的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算反饋功率Power與瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之 間的差值A(chǔ)Pt。在步驟270，功率調(diào)節(jié)器ptPID依照PID控制算法、基于反饋功率Power與 瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間的差值Δ Pt計(jì)算頻率的遞減值df*。在步驟觀0，輸出所計(jì) 算的頻率的遞減值df*給控制單元，用以調(diào)節(jié)變頻器脈寬調(diào)制波(PWM)的頻率遞減量。同 時(shí)方法200返回步驟220和221，繼續(xù)對(duì)母線電壓和電機(jī)相電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法300的流程圖。圖3 所示的方法300與圖2中的方法200大部分相同，對(duì)相同的步驟此處不再贅述。不同之處在于對(duì)電機(jī)相電流的采樣和對(duì)實(shí)時(shí)反饋功率Power的計(jì)算是在步驟251中進(jìn)行的，當(dāng)判斷 步驟MO中判斷AVdc大于零的情況下，才執(zhí)行步驟250和251以及之后的步驟。也就是 說(shuō)，在本實(shí)施例中，僅當(dāng)△ Vdc大于零的情況下，相電流采樣及實(shí)時(shí)功率計(jì)算電路132才工作。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，在控制參數(shù)整定上，內(nèi)環(huán)需采用高增益，擴(kuò)展功率閉環(huán)采 用高增益環(huán)節(jié)，擴(kuò)展環(huán)路帶寬，提高響應(yīng)速度。同時(shí)為提高減速性能，需要輔助以過(guò)勵(lì)磁控 制，加快電機(jī)能量的消耗，從而達(dá)到理想的減速效果。圖4是采用本發(fā)明的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法和裝置，第一實(shí)例中得到實(shí)際測(cè) 試曲線圖。在圖4中，橫軸代表時(shí)間、縱軸代表電壓/電流值，曲線Vbus代表母線電壓、曲線 I代表電機(jī)電流、曲線Vp代表過(guò)壓點(diǎn)電壓；電機(jī)功率為15KW的情況下測(cè)試，帶大慣性負(fù)載， 設(shè)置減速時(shí)間1. Osec，過(guò)壓抑制后實(shí)際減速時(shí)間約為kec。圖5是采用本發(fā)明的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法和裝置，第二實(shí)例中得到實(shí)際測(cè) 試曲線圖。在圖5中，橫軸代表時(shí)間、縱軸代表電壓/電流值，曲線Vbus代表母線電壓、曲線 I代表電機(jī)電流、曲線Vp代表過(guò)壓點(diǎn)電壓；電機(jī)功率為160Kw的情況下測(cè)試，帶大慣性負(fù)載， 設(shè)置減速時(shí)間20. Osec，過(guò)壓抑制后實(shí)際減速時(shí)間約為38. Osec。從圖4和圖5的曲線上看，母線電壓都得到了有效的控制，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)壓現(xiàn)象。本發(fā)明采用電壓外環(huán)、功率內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制。電壓環(huán)的調(diào)節(jié)結(jié)果作為功率控制的 設(shè)定，準(zhǔn)確計(jì)算回饋功率，調(diào)節(jié)輸出頻率的遞減量。輔助以特殊的控制參數(shù)整定方法，用減 速時(shí)間設(shè)定作為頻率遞減量的上限，通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)壓失速增益去調(diào)節(jié)外環(huán)的上下限，從而更 有效的抑制能量的回饋。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)能量回饋，增加對(duì)有功功率的 閉環(huán)控制作為內(nèi)環(huán)，從而增加對(duì)母線電壓控制的快速性、有效性。能夠?qū)崿F(xiàn)在電機(jī)減速時(shí)對(duì) 母線電壓的精確控制。
權(quán)利要求
1.一種抑制變頻器過(guò)壓失速的方法，其特征在于，包括采樣母線電壓Vbus，并計(jì)算采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc ； 采樣電機(jī)相電流，并實(shí)時(shí)計(jì)算反饋功率Power ；當(dāng)采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc大于零時(shí)，執(zhí)行如下步驟 電壓調(diào)節(jié)器dcPID依照PID控制算法、基于所述采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/ 之間的差值A(chǔ)Vdc計(jì)算瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power* ；計(jì)算所述反饋功率Power與所述瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間的差值A(chǔ)Pt ； 功率調(diào)節(jié)器PtPID依照PID控制算法、基于所述反饋功率Power與瞬時(shí)功率的設(shè)定值 Power*之間的差值A(chǔ)Pt計(jì)算并輸出頻率的遞減值df* ；使用所述頻率的遞減值dfH周節(jié)變頻器脈寬調(diào)制波(PWM)的頻率遞減量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)器 dcPID的上、下限參數(shù)由設(shè)定的過(guò)壓失速增益確定，其中，所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID的上限參 數(shù)用于限制瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*的上限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的方法，其特征在于，所述功率調(diào)節(jié)器 PtPID的上、下限參數(shù)由設(shè)定的減速時(shí)間確定，其中，所述功率調(diào)節(jié)器ptPID的上限參數(shù)用 于限制頻率遞減量的上限。
4.一種抑制變頻器過(guò)壓失速的裝置，其特征在于，包括 用于采樣母線電壓Vbus的電路；用于采樣電機(jī)相電流并實(shí)時(shí)計(jì)算反饋功率Power的電路； 第一加法器，用于計(jì)算采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc ； 第二加法器；遵循PID控制算法的電壓調(diào)節(jié)器dcPID ；及 遵循PID控制算法的功率調(diào)節(jié)器ptPID ；其中，當(dāng)采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值A(chǔ)Vdc大于零時(shí) 所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID基于所述采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbu/之間的差值 AVdc計(jì)算瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power* ；所述第二加法器計(jì)算所述反饋功率Power與所述瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間的差 值 APt ；所述功率調(diào)節(jié)器PtPID基于所述反饋功率Power與瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間的 差值Δ Pt計(jì)算頻率的遞減值df*，并輸出所述頻率的遞減值df*。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的裝置，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)器 dcPID的上、下限參數(shù)由設(shè)定的過(guò)壓失速增益確定，其中，所述電壓調(diào)節(jié)器dcPID的上限參 數(shù)用于限制瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*的上限。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抑制變頻器過(guò)壓失速的裝置，其特征在于，所述功率調(diào)節(jié)器 PtPID的上、下限參數(shù)由設(shè)定的減速時(shí)間確定，其中，所述功率調(diào)節(jié)器ptPID的上限參數(shù)用 于限制頻率遞減量的上限。
全文摘要
本發(fā)明涉及抑制變頻器過(guò)壓失速的方法和裝置。包括采樣母線電壓Vbus，并計(jì)算采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbus*之間的差值ΔVdc；采樣電機(jī)相電流，并實(shí)時(shí)計(jì)算反饋功率Power；當(dāng)采樣母線電壓Vbus與過(guò)壓抑制點(diǎn)Vbus*之間的差值ΔVdc大于零時(shí)，執(zhí)行如下步驟電壓調(diào)節(jié)器dcPID基于ΔVdc計(jì)算瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*；計(jì)算反饋功率Power與瞬時(shí)功率的設(shè)定值Power*之間的差值ΔPt；功率調(diào)節(jié)器ptPID基于ΔPt計(jì)算并輸出頻率的遞減值df*，用以調(diào)節(jié)變頻器脈寬調(diào)制波的頻率遞減量。實(shí)施本發(fā)明，由于采用電壓外環(huán)、功率內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，將電壓環(huán)的調(diào)節(jié)結(jié)果作為功率控制的設(shè)定，能夠準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)回饋功率、調(diào)節(jié)輸出頻率的遞減量，從而能夠快速有效地控制母線電壓，實(shí)現(xiàn)在電機(jī)減速時(shí)對(duì)母線電壓的精確控制。
文檔編號(hào)H02H7/12GK102136719SQ20101004286
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者李潤(rùn), 肖慶清 申請(qǐng)人:深圳市匯川技術(shù)股份有限公司