基于有功电流分量的通用变频器自动提升转矩的方法技术

基于有功电流分量的通用变频器自动提升转矩的方法，涉及变频器控制技术，它为了克服对通用变频器起动转矩，低频带负载能力的方法存在计算复杂、定子磁路易饱和进而导致过补偿的缺点而提出的，它通过下述步骤实现：根据当前运行频率，得到参考输出电压Ｅ↓［１］↑［＊］和电压矢量旋转角θ↓［１］；根据电压矢量旋转角θ↓［１］和采样得到的逆变器输出电流ｉ↓［Ｕ］和ｉ↓［Ｗ］获得有功电流ｉ↓［ｄ］，进而得到电压幅值补偿量Ｖ↓［ｂ］；ＳＶＰＷＭ信号发生器根据所述参考输出电压Ｅ↓［１］↑［＊］和电压幅值补偿量Ｖ↓［ｂ］相叠加得到的调整电压生成调制信号控制变频器。它的有益效果在于能根据负载的轻重自动地调节电压幅值补偿量的大小，达到自动提升转矩的目的，能明显改善通用变频器控制的感应电机的低速带载性能。广泛适应于现有通用变频器控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变频器控制技术，具体涉及一种提高VVVF(变压变频)开环控制算法性能的启动和低速带负载能力的变频器控制方法。
技术介绍
VVVF(变压变频)控制由于使用时无须依赖于电机参数，具有简单、可靠、低成本等优点，在交流调速领域得到广泛的应用。目前，VVVF系统是使用最为广泛的变频器控制系统。 VVVF(变压变频)控制变频调速时改变的是同步旋转速度n0，根据感应电机的稳态模型可知电机的转矩为 其中的Φm为电机磁通。根据交流磁通产生的原理，Φm＝kE1/f1，其中E1和f1分别为电机的相反电动势电压和频率，k为一常数，当保持E1和f1之比E1/f1为常数时即可保持恒磁通调速。但是由于E1难于测量，所以经常采用相电压V1来近似代替E1，即保持V1/f1为常数，就认为已经实现恒磁通，而如图1所示的感应电机的稳态等效电路可知V1与E1的关系为V1＝E1+R1i1，其中R1和i1分别为定子电阻和定子电流。在高频段(一般在额定转速的10％以上)感应电势E1大，定子阻抗压降R1i1相对很小可以忽略不计；而在低频段感应电势E1小，定子电阻压降R1i1相对较大不能忽略，特别是当负载比较重时，电机电流i1比较大，从而使得定子电阻压降R1i1进一步增大，所以当用V1/f1近似代替E1/f1时，在低频段会使磁通Φm减小，从而使电机输出转矩减小，带负载能力变差。为了保证低频时依然能获得额定磁通和相应的输出转矩，在低频段应适当提高输出电压V1，以补偿R1i1的影响，由于在不同负载情况下电压V1的提升值并不同，重载时提升值大，轻载时提升值小，如果提升值不准确，很容易造成过流故障或不能正常带载起动。所以需要一种自动转矩提升的方法。 从目前的发展技术来看，提高通用变频器起动转矩，改善低频带负载能力，对定子电阻进行补偿的方法主要有以下两种1)矢量补偿矢量补偿是按照电机输入电压和输入电流之间的三角关系来计算定子电压给定值的，从幅值和相角两方面来修正定子电压V1。矢量补偿虽然准确，但是定子电流矢量 和定子电压矢量 之间的夹角不易获得，且计算复杂，难以实现。2)标量补偿标量补偿只修正定子电压矢量 的幅值，即式中E1*是定子反电动势的给定值，由频率给定值f1和压频比V/f相乘产生；Vb是电压幅值的补偿量。通常取Vb＝i1R1，但工程实践表明这种补偿方法容易导致磁通Φm饱和，电流增大，而电机的带负载能力没有明显提高，尤其当负载突降时，定子磁路饱和现象更明显，所以这种标量补偿策略容易导致过补偿；当取Vb＝i1qR1时，其中i1q是定子电流解耦后的转矩电流。此种方法能明显提高电机的带负载能力，但需要进行转子磁链定向来实现电流的解耦，对电机参数敏感，且计算量大。综上所述现有的提高通用变频器起动转矩，改善低频带负载能力，对定子电阻进行补偿的方法普遍存在计算复杂、实现困难、定子磁路易饱和容易发生过补偿的缺点。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有提高通用变频器起动转矩，改善低频带负载能力，对定子电阻进行补偿的方法普遍存在计算复杂、实现困难、定子磁路易饱和容易发生过补偿的缺点，而提出的一种。 ，实现该方法基于由SVPWM信号发生器1、逆变器2、坐标变换器3、定子电阻模块4、加法器5、积分器6、压频比模块7和两个电流传感器8组成的装置；SVPWM信号发生器1的六个输出端分别连逆变器2的六个控制端，坐标变换器3的W相和U相两个信号输入端分别连接一个电流传感器8，所述两个电流传感器8相对应地测量逆变器2输出的W相和U相的工作电流，坐标变换器3的信号输出端通过定子电阻模块4连接在加法器5的一个正向输入端，加法器5的输出端连接SVPWM信号发生器1的一个输入端；积分器6的输入端与压频比模块7的输入端相连，积分器6的输出端分别连接SVPWM信号发生器1的另一个输入端和坐标变换器3的电压矢量角度输入端；压频比模块7的输出端与加法器5的另一个正向输入端相连； 本方法通过下述步骤实现 步骤一根据压频比模块7提供的压频比V/f和当前运行频率f1，依据公式得到参考输出电压E1*； 步骤二通过两个电流传感器8对逆变器2的U相和W相两个输出端的输出电流iU和iW的幅值和相位进行采样； 步骤三将定子频率f1通过积分器6积分变换获得电压矢量旋转角度θ1，根据所述电压矢量旋转角度θ1将步骤二获得的电流iU和iW的幅值和相位通过坐标变换器3进行坐标变换，获得旋转坐标系下的有功电流id； 步骤四根据公式Vb＝idR1，得到电压幅值的补偿量Vb，其中参数R1为定子电阻模块4给定的定子电阻； 步骤五将参考输出电压E1*和电压幅值的补偿量Vb通过加法器5进行叠加得到提升后的调整电压V1并输入SVPWM信号发生器1； 步骤六SVPWM信号发生器1根据加法器5输出的调整电压V1和积分器6输出的电压矢量的旋转角度θ1生成调制信号，并通过逆变器2控制变频器。 本专利技术的有益效果在于在实施这种自动转矩提升的过程中，仅需知道定子电阻R1的大致范围，无须转速和电流控制器，通过与电流有功分量id相乘，作为输出电压的补偿量Vb，能明显改善通用变频器控制的感应电机的低速带载性能。因为没有采用常规的电流、转速调节器，使得系统的实现十分简单，鲁棒性强，可适应不同种类的感应电机。当负载比较轻时，电机有功电流id比较小，根据本补偿方法得到的电压幅值补偿量Vb＝idR1相应也比较小；而当负载增加时，电机的有功电流id增大，此时由本补偿方法得到的电压幅值补偿量相应增大。这样就能根据负载的轻重自动地调节电压幅值补偿量的大小，达到自动转矩提升的目的，使得这种控制方法具有广泛的实用性。 附图说明 图1为电机的稳态等效电路图；图2是实现本专利技术方法的装置电气结构示意图；图3为输入到坐标变换器3中电流的矢量分解示意图；图4为不加定子电阻压降补偿时，电机带负载起动时的相电流波形，图中的一格表示15A电流；图5为基于定子电流补偿方法的电机带负载相电流波形，图中一格表示7.5A电流；图6为采用矢量补偿时的电机带负载起动相电流波形，图中一格表示7.5A电流；图7为采用本专利技术的自动转矩提升方法的电机带负载起动电流波形，此时取定子电阻R1＝0.685Ω，图中一格表示7.5A电流；图8为采用本专利技术的自动转矩提升方法的电机带负载起动电流波形，此时取定子电阻R1＝0.785Ω，图中一格表示7.5A电流；图9为采用本专利技术的自动转矩提升方法的电机带负载起动电流波形，此时取定子电阻R1＝0.585Ω，图中一格表示7.5A电流。 具体实施例方式 结合图2、图3说明本实施方式，实现本实施方式所述的方法基于由SVPWM信号发生器1、逆变器2、坐标变换器3、定子电阻模块4、加法器5、积分器6、压频比模块7和两个电流传感器8组成的装置；SVPWM信号发生器1的六个输出端分别连逆变器2的六个控制端；坐标变换器3的W相和U相两个信号输入端分别连接一个电流传感器8，所述两个电流传感器8相对应地测量逆变器2输出的W相和U相的工作电流，坐标变换器3的信号输出端通过定子电阻模块4连接在加法器5的一个正向输入端，加法器5的输出端连接SVPWM信号发生器1的一个输入端；积分器6的输入端与压频比本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于有功电流分量的通用变频器自动提升转矩的方法，实现该方法基于由ＳＶＰＷＭ信号发生器（１）、逆变器（２）、坐标变换器（３）、定子电阻模块（４）、加法器（５）、积分器（６）、压频比模块（７）和两个电流传感器（８）组成的装置；其特征在于ＳＶＰＷＭ信号发生器（１）的六个输出端分别连逆变器（２）的六个控制端，坐标变换器（３）的Ｗ相和Ｕ相两个信号输入端分别连接一个电流传感器（８），所述两个电流传感器（８）相对应地测量逆变器（２）输出的Ｗ相和Ｕ相的工作电流，坐标变换器（３）的信号输出端通过定子电阻模块（４）连接在加法器（５）的一个正向输入端，加法器（５）的输出端连接ＳＶＰＷＭ信号发生器（１）的一个输入端；积分器（６）的输入端与压频比模块（７）的输入端相连，积分器（６）的输出端分别连接ＳＶＰＷＭ信号发生器（１）的另一个输入端和坐标变换器（３）的电压矢量角度输入端；压频比模块（７）的输出端与加法器（５）的另一个正向输入端相连；　所述方法通过下述步骤实现：　步骤一：根据压频比模块（７）提供的压频比Ｖ／ｆ和当前定子运行频率ｆ↓［１］，依据公式：Ｅ↓［１］↑［＊］＝ｆ↓［１］＊Ｖ／ｆ，得到参考输出电压Ｅ↓［１］↑［＊］；　步骤二：通过两个电流传感器（８）对逆变器（２）的Ｕ相和Ｗ相两个输出端的输出电流ｉ↓［Ｕ］和ｉ↓［Ｗ］的幅值和相位进行采样；　步骤三：将定子运行频率ｆ↓［１］通过积分器（６）积分变换获得电压矢量旋转角度θ↓［１］，根据所述电压矢量旋转角度θ↓［１］将步骤二获得的电流ｉ↓［Ｕ］和ｉ↓［Ｗ］的幅值和相位通过坐标变换器（３）进行坐标变换，获得旋转坐标系下的有功电流ｉ↓［ｄ］；　步骤四：根据公式：Ｖ↓［ｂ］＝ｉ↓［ｄ］Ｒ↓［１］，得到电压幅值的补偿量Ｖ↓［ｂ］，其中参数Ｒ↓［１］为定子电阻模块（４）给定的定子电阻；　步骤五：将参考输出电压Ｅ↓［１］↑［＊］和电压幅值的补偿量Ｖ↓［ｂ］通过加法器（５）进行叠加得到提升后的调整电压Ｖ↓［１］并输入ＳＶＰＷＭ信号发生器（１）；　步骤六：ＳＶＰＷＭ信号发生器（１）根据加法器（５）输出的调整电压Ｖ↓［１］和积分器（６）输出的电压矢量的旋转角度θ↓［１］生成调制信号，并通过逆变器（２）控制变频器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于泳，陈伟，杨荣峰，徐殿国，杨明，贵献国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]