【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变频器保护，具体涉及一种用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法及系统。
技术介绍
1、三相电源输入的变频器拓扑结构如图1所示。图1中，l1、l2、l3为电源输入三相火线；rec为整流器，其作用是把输入的三相交流电整流成直流电；reactor是电抗器，其作用是抑制输入电流的突变和改善输入功率因数；c为直流母线电容器，一般为电解电容或者聚丙烯薄膜电容，其作用是把含有纹波的整流后电压进行滤波，使之变为稳定的直流电压；ipm为逆变模块或者变频模块，其作用是把直流电压逆变成电机需要的交流电压；m为电机负载，可以是交流异步电机，或者是永磁同步电机，或者上述电机及其负载一体的风机、压缩机、泵类等负载。
2、现有变频器在三相电压输入缺相的情况下，另外两相电流在重载时容易超出设计范围，导致保险管烧毁，或者整流器损坏，或者直流母线电容过热损坏。或者在三相输入电压不平衡的情况下，电压最低的一相电流减小而电压最高的一相电流增加，也会在重载时超出设计范围，造成与缺相同样的结果。因此，为了防止缺相或三相不平衡带了的隐患，往往需要增加额外的硬件保护电路，但是这样会使电路设计复杂、成本增加，可靠性降低。
3、针对硬件解决方案所存在的不足，人们提出通过mcu采样直流母线电压，进行高通滤波后得出交流成分，然后进行过零点比较，求得交流成分的频率，进而在一个周期内计算出幅值大小，并且通过该频率和幅值进行判断是否缺相和三相电压不平衡，但这种做法存在误判的可能，可靠性差。另外该方案也难以识别出在什么情况下应该触发保护，原因如下：p>
4、正常工作时，由于电容器容量的限制，其两端电压即直流母线电压含有交流成分，交流成分的频率是输入电压频率的6倍，假设输入电压频率为50hz，则直流母线交流成分的电压频率则为300hz，其波形如图2所示。
5、当出现某一相断路，则直流母线电压交流成分的电源频率为输入电压的频率，其波形如图3所示。
6、当出现三相电压不平衡时，则直流母线电压交流成分的电源基波频率仍为输入电压的频率，但是还含有6次谐波成分，其大小与不平衡度有关。不同不平衡度的典型波形如图4和图5所示。其中，图4为不平衡度小的波形，图5为不平衡度大的波形。
7、通过上述三种情况可以发现，在缺相和无缺相运行时最容易判定，而在三相输入电压不平衡时比较难判断，难以识别出在什么情况下应该触发保护。
8、上述波形仅示意不同情况下的直流母线电压时间特征，实际情况由于输入电压频率波动、负载大小、变频器控制方式等多种因素影响，其波形并非理想曲线，从而加大了识别的难度。
9、综上所述，现有技术在不增加额外的硬件保护电路的情况下，缺乏针对变频器的输入缺相保护和三相电压不平衡保护的有效技术手段。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法及系统，用于解决现有变频器无输入缺相保护、无三相电压不平衡保护以及通过硬件保护额外增加成本、降低可靠性的技术问题，从而达到提高变频器运行可靠性的目的。
2、为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，包括以下步骤：
4、获取直流母线电压交流成分的电压矢量；
5、获取直流母线电压交流成分的基值角频率；
6、获取直流母线电压交流成分的实际角频率和幅值；
7、根据直流母线电压交流成分的实际角频率和电网角频率的关系判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理；
8、若需要，则根据直流母线电容器的纹波电流进行三相不平衡时的限流保护。
9、作为本专利技术优选的实施方式，在获取直流母线电压交流成分的电压矢量时，包括：
10、mcu检测直流母线电压vdc，通过低通滤波器lpf滤除交流成分，得到稳定的直流电压如公式1所示：
11、
12、式中，ωlpf为低通滤波器的截止频率，取值范围为电源电压频率ωg的0.1～0.2倍，s为拉氏算子；
13、根据所述直流母线电压vdc和所述稳定的直流电压得到交流成分的电压矢量如公式2所示：
14、
15、作为本专利技术优选的实施方式，在获取直流母线电压交流成分的基值角频率时，包括：
16、获取直流母线电压交流成分的电压矢量的过零点的计数值，并根据mcu采样时间，得到基值角频率，如公式3所示：
17、
18、式中，n为过零点的计数值，ts为mcu采样时间，ω1为基值角频率。
19、作为本专利技术优选的实施方式，在获取直流母线电压交流成分的实际角频率和幅值时，包括：
20、将直流母线电压交流成分的电压矢量分解成静止坐标系下的一对正交向量和
21、将所述正交向量和通过同步旋转坐标系变换成正交的直流信号和并通过比例积分控制相位角频率δω，所述相位角频率δω与基波角频率ω1的和，即实际角频率ω；
22、其中，通过积分器将所述实际角频率ω转换为相位角θ，所述相位角θ为所述静止坐标系转换为所述同步旋转坐标系所需要的角度；所述同步旋转坐标系下的q轴分量设定值为0，当等于0时则锁相环锁相稳定；所述同步旋转坐标系下的d轴分量为直流母线电压交流成分的幅值。
23、作为本专利技术优选的实施方式，在判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理时，包括：
24、当所述实际角频率ω和所述电网角频率ωg满足：ω≥k1ωg时，则判断为电网三相输入电压正常，或者电压不平衡度在可接受的范围，变频器可正常运行；
25、其中，k1为程序设定的比例系数。
26、作为本专利技术优选的实施方式，在判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理时，包括：
27、当所述实际角频率ω和所述电网角频率ωg满足：ω＜k1ωg时，则判断三相不平衡比较严重，可能会导致变频器发生故障，此时则需要根据直流母线电压交流成分获取直流母线电容器的纹波电流进行限流处理；
28、其中，k1为程序设定的比例系数。
29、作为本专利技术优选的实施方式，在判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理时，包括：
30、当所述实际角频率ω和所述电网角频率ωg满足：ω＜k2ωg时，则判断三相不平衡非常严重甚至出现了缺相，此时则需要进行停机报警；
31、其中，k2为程序设定的比例系数。
32、作为本专利技术优选的实施方式，在根据直流母线电容器的纹波电流进行三相不平衡时的限流保护时，包括：
33、获取直流母线电容器的实际纹波电流，如公式4和公式5所示：
34、
35、
36、式中，ω为角频率，t为时间，为相位角，为直流母线电压交流成分的幅值，为直流母线电压交流成分的电压矢量，c为所述直流母线电容器的电容，i本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在获取直流母线电压交流成分的电压矢量时，包括：
3.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在获取直流母线电压交流成分的基值角频率时，包括：
4.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在获取直流母线电压交流成分的实际角频率和幅值时，包括：
5.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理时，包括：
6.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理时，包括：
7.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理时，包括：
8.根据权利
9.根据权利要求8所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在得到实际纹波电流的峰值时，如公式6所示：
10.一种用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在获取直流母线电压交流成分的电压矢量时，包括：
3.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在获取直流母线电压交流成分的基值角频率时，包括：
4.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在获取直流母线电压交流成分的实际角频率和幅值时，包括：
5.根据权利要求1所述的用于变频器缺相及三相电压不平衡的保护方法，其特征在于，在判断是否缺相、三相电压的不平衡度以及是否需要限流处理时，包括：
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：曹成，
申请(专利权)人：珠海市伟高变频科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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