變頻器帶輸出電抗器運(yùn)行的前饋解耦矢量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種變頻器帶輸出電抗器運(yùn)行的前饋解耦矢量控制方法，應(yīng)用于需要 帶輸出電抗器運(yùn)行的矢量控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 在變頻器的實(shí)際使用中，如果變頻器所拖動的電動機(jī)與變頻器之間的距離大于變 頻器產(chǎn)品標(biāo)出的規(guī)定電纜長度，變頻器就必須在它的輸出側(cè)加裝濾波設(shè)備，從而增強(qiáng)變頻 器的長距離帶載能力。濾波設(shè)備一般有三相交流輸出電抗器、三相dv/dt濾波器和三相正 弦波濾波器，其中以三相交流輸出電抗器的價(jià)格最合理，使用普及程度最高。
[0003] -般的變頻器產(chǎn)品在帶三相交流電抗器進(jìn)行矢量控制運(yùn)行時(shí)，并沒有對控制算法 進(jìn)行特殊的處理，方法和不帶三相交流電抗器時(shí)一樣。由于三相交流電抗器的電壓壓降為 輸出電壓的2%-4%，這個(gè)電壓比重不算很大，在一般的使用場合中，變頻器帶三相交流電 抗器運(yùn)行仍能滿足性能要求。但在一些高性能、高轉(zhuǎn)速的交流傳動場合，就會產(chǎn)生較明顯的 影響。
[0004] 圖1是變頻器不帶三相交流電抗器的框圖，圖2是變頻器帶三相交流電抗器的框 圖。兩者都是從三相電網(wǎng)1吸收三相電能，通過變頻器2內(nèi)部的交流變直流環(huán)節(jié)（AC-DC) 和直流變交流環(huán)節(jié)（DC-AC)將三相電網(wǎng)1的工頻電壓變?yōu)榉岛皖l率可變的三相電壓。兩 者的區(qū)別僅在于在變頻器2的輸出是否加有三相交流電抗器4去連接電動機(jī)3。
[0005] 圖3是變頻器不帶三相交流電抗器時(shí)的矢量圖，由于是采用磁場定向矢量控制， 電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈被定向在MT坐標(biāo)系的M軸上，因此產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁鏈的定子電流分量Ism 也在M軸上，而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的定子電流分量Ist在與M軸正交的T軸上。電動機(jī)的輸入功率因 數(shù)角為9,故電動機(jī)定子電壓矢量1和定子電流矢量I3的夾角為0。電動機(jī)定子電壓矢 量1在M軸和T軸上的分量分別為Usm和Ust。
[0006] 圖4是變頻器帶三相交流電抗器時(shí)的矢量圖，為了分析的簡潔，忽略三相交流電 抗器的電阻r。變頻器期望輸出電壓矢量I/】、三相交流電抗器電壓矢量《LIS(L為三相交流 電抗器的電感量，《為流過三相交流電抗器的電流的角頻率）和電動機(jī)定子電壓矢量1構(gòu) 成一個(gè)矢量三角形，《和Us之間的夾角為S，可見[^和Us在相角和幅值上都有區(qū)別。當(dāng) 變頻器控制正常時(shí)，控制器產(chǎn)生的控制參考電壓和變頻器的輸出電壓矢量是相同的，因此 由于三相交流電抗器的壓降，變頻器的實(shí)際控制電壓和電動機(jī)實(shí)際得到的定子電壓是不同 的。由圖3可知，電動機(jī)定子電壓矢量1在M軸和T軸上的分量模值Usm和Ust都小于W 在M軸和T軸上的分量模值1C,和。因此電動機(jī)不僅處于欠勵磁狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩分量電流也不 足，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩能力小于控制器的實(shí)際要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有變頻器帶輸出電抗器進(jìn)行矢量控制存在的 上述不足，提供一種變頻器帶輸出電抗器運(yùn)行的前饋解耦矢量控制方法，對電動機(jī)輸入端 定子電壓矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間產(chǎn)生的偏差進(jìn)行補(bǔ)償控制，提高電機(jī)的動態(tài) 性能。
[0008] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0009] -種變頻器帶輸出電抗器運(yùn)行的前饋解耦矢量控制方法，包括如下步驟：
[0010] 1)在變頻器運(yùn)行前，將變頻器所配置的三相交流電抗器的電感、電阻參數(shù)輸入到 變頻器的控制器中；
[0011] 2)當(dāng)變頻器開始運(yùn)行，控制器進(jìn)行矢量控制時(shí)，控制器根據(jù)離線輸入的三相交流 電抗器的電感、電阻參數(shù)，配合變頻器內(nèi)部電流傳感器檢測到的變頻器三相輸出電流和電 動機(jī)測速器件得到的電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到三相交流電抗器所產(chǎn)生的電動機(jī)定子電壓 矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差；
[0012] 3)然后在控制器的輸出電壓參考波形中對這個(gè)偏差進(jìn)行前饋補(bǔ)償。
[0013] 按上述方案，該方法具體包括如下步驟：
[0014] 1)在變頻器運(yùn)行前，將變頻器所配置的三相交流電抗器單相電感量L、單相電阻 值r輸入到變頻器的控制器中；
[0015] 2)當(dāng)變頻器開始運(yùn)行，控制器進(jìn)行矢量控制時(shí)，控制器根據(jù)步驟1)離線輸入的三 相交流電抗器單相電感量L、單相電阻值r，配合變頻器內(nèi)部電流傳感器檢測到的變頻器三 相輸出電流和電動機(jī)測速器件得到的電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速《，計(jì)算得到三相交流電抗器所產(chǎn)生 的電動機(jī)定子電壓矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差，具體為：
[0016]a、列寫三相交流電抗器在三相靜止坐標(biāo)系中的時(shí)域方程：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 變頻器帶輸出電抗器運(yùn)行的前饋解禪矢量控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 在變頻器運(yùn)行前，將變頻器所配置的H相交流電抗器的電感、電阻參數(shù)輸入到變頻 器的控制器中； 2) 當(dāng)變頻器開始運(yùn)行，控制器進(jìn)行矢量控制時(shí)，控制器根據(jù)離線輸入的H相交流電抗 器的電感、電阻參數(shù)，配合變頻器內(nèi)部電流傳感器檢測到的變頻器H相輸出電流和電動機(jī) 測速器件得到的電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到H相交流電抗器所產(chǎn)生的電動機(jī)定子電壓矢量 與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差； 3) 然后在控制器的輸出電壓參考波形中對該個(gè)偏差進(jìn)行前饋補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻器帶輸出電抗器運(yùn)行的前饋解禪矢量控制方法，其特征 在于，該方法具體包括如下步驟： 1) 在變頻器運(yùn)行前，將變頻器所配置的H相交流電抗器單相電感量L、單相電阻值r輸 入到變頻器的控制器中； 2) 當(dāng)變頻器開始運(yùn)行，控制器進(jìn)行矢量控制時(shí)，控制器根據(jù)步驟1)離線輸入的H相交 流電抗器單相電感量L、單相電阻值r，配合變頻器內(nèi)部電流傳感器檢測到的變頻器H相輸 出電流和電動機(jī)測速器件得到的電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速U，計(jì)算得到H相交流電抗器所產(chǎn)生的電 動機(jī)定子電壓矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差，具體為： a、 列寫H相交流電抗器在H相靜止坐標(biāo)系中的時(shí)域方程：
其中；/s =|/,|八>，電動機(jī)定子電流矢量； 叫e如，變頻器期望輸出電壓矢量； 時(shí)趴電動機(jī)定子電壓矢量； <?:轉(zhuǎn)子磁鏈所在定向軸與定子軸的夾角，由電動機(jī)的轉(zhuǎn)差角頻率指令值與電動機(jī) 實(shí)際轉(zhuǎn)速《相加后積分得到； b、 將H相靜止坐標(biāo)系的時(shí)域方程變換到旋轉(zhuǎn)的MT空間坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)子磁鏈所在定向 軸為勵磁軸M軸，^為旋轉(zhuǎn)的MT空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)過的空間角度，得到M軸變頻器期望輸出電 壓分量tC,、T軸變頻器期望輸出電壓分量CC與M軸電動機(jī)定子電壓分量&m、T軸電動機(jī) 定子電壓分量之間的偏差滿足下式：
其中，分別為電動機(jī)定子電流矢量I S在M軸、T軸的分量，《為流過H相交流電 抗器的電流的角頻率，分別為H相交流電抗器電壓矢量《LI ,在M軸、T軸的 分量，在穩(wěn)態(tài)時(shí)有：
3)然后在控制器的輸出電壓參考波形中對該個(gè)偏差進(jìn)行前饋補(bǔ)償，具體如下： 設(shè)M軸電壓前饋補(bǔ)償量A &m、T軸電壓前饋補(bǔ)償量A 滿足下式： AUsu= rl su"?LIst AUst=rIst+?LIsm 則 U:m=Usm 調(diào)sm U:=U" + Wst 即M軸變頻器期望輸出電壓分量iC、T軸變頻器期望輸出電壓分量tC分別為M軸電 動機(jī)定子電壓分量U,m、T軸電動機(jī)定子電壓分量U J]日上對應(yīng)的M軸電壓前饋補(bǔ)償量A U ,m、 T軸電壓前饋補(bǔ)償量A &t; 因此，在M軸/T軸變頻器期望輸出電壓分量的,/的中包含A U,m/ A &t，抵消掉電抗器 電感對電動機(jī)定子電壓矢量的影響，即； U:m=U:'、*Wsm K=的+ M/,, 則： U:、=Usm U:、二 Us, tC、的1分別為新的M軸/T軸控制器輸出電壓矢量，此時(shí)變頻器的控制器輸出電壓和 變頻器實(shí)際輸出到電機(jī)的定子電壓相等。
【專利摘要】變頻器帶輸出電抗器運(yùn)行的前饋解耦矢量控制方法，包括如下步驟：在變頻器運(yùn)行前，將變頻器所配置的三相交流電抗器的電感、電阻參數(shù)輸入到變頻器的控制器中；當(dāng)變頻器開始運(yùn)行，控制器進(jìn)行矢量控制時(shí)，控制器根據(jù)離線輸入的三相交流電抗器參數(shù)，配合變頻器內(nèi)部電流傳感器檢測到的變頻器三相輸出電流和電動機(jī)測速器件得到的電動機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到三相交流電抗器所產(chǎn)生的電動機(jī)輸入端電壓矢量與變頻器期望輸出矢量之間的偏差；然后在控制器的輸出電壓參考波形中對這個(gè)偏差進(jìn)行前饋補(bǔ)償。本發(fā)明的有益效果：通過這個(gè)前饋補(bǔ)償，使得電動機(jī)輸入端得到的定子電壓矢量和變頻器期望輸出電壓矢量完全一致，消除電抗器電感對實(shí)際電壓矢量控制的影響。
【IPC分類】H02P27-08, H02P21-00
【公開號】CN104601070
【申請?zhí)枴緾N201410839696
【發(fā)明人】余駿, 王國強(qiáng), 康現(xiàn)偉
【申請人】中冶南方（武漢）自動化有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月29日