CN102035458A - 一种用于高压变频器的电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压变频器的电流控制方法，该方法通过Clarke变换原理，得出准确的瞬时电流有效值，通过改变功率单元的PWM工作状态，来改变高压变频器输出电压，自动调节电机输出电流，快速而稳定控制电机输出力矩。该方法可精确快速测量瞬时电流值，通过控制功率单元的PWM波形输出，来改变电机电压，稳定控制电机输出力矩，从而实现高压变频器在0-50Hz频率下，尤其在低速时快速精确控制力矩的功能。

Description

一种用于高压变频器的电流控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于四象限高压变频器的电流控制方法。

背景技术

四象限高压变频器用于提升机等领域需要对电流施行精确控制，尤其是低速大转矩启动时需要对转矩实现平滑控制。低速时转子频率非常低，电流接近于直流，为实现低速时的精确控制，快速准确辨识出电流的大小非常重要。为实现电机的转矩快速平滑控制，需要同时改变输出的频率和电压，对给出的量有严格的时限要求。

目前，四象限高压变频器在控制过程中普遍存在低频运行转矩脉动、高频运行转矩突变等情况，严重影响了控制对象如提升机的运行稳定。同时转矩突变严重影响电机的机械寿命，造成安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高压变频器的电流控制方法，该方法可精确快速测量瞬时电流值，通过控制功率单元的PWM波形输出，来改变电机电压，稳定控制电机输出力矩，从而实现高压变频器在0-50Hz频率下，尤其在低速时快速精确控制力矩的功能。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现电流控制：

一种用于高压变频器的电流控制方法，该方法通过Clarke变换原理，得出准确的瞬时电流有效值，通过改变功率单元的PWM工作状态，来改变高压变频器输出电压，自动调节电机输出电流，快速而稳定控制电机输出力矩。

通过Clarke变换原理计算瞬时电流有效值的方法是：

设S为欲进行变换之变量，则有如下三相坐标到两相坐标的变换关系成立：

其中，S₀是零序分量，可以忽略。

令θ＝0，则q轴和a轴重合；忽略零序分量，则公式(1)简化为

$S_q=\frac{2}{3}{S}_a-\frac{1}{3}{S}_b-\frac{1}{3}{S}_c=S_a---\left(2\right)$

$S_d=-\frac{1}{\sqrt{3}}{S}_b+\frac{1}{\sqrt{3}}{S}_c---\left(3\right)$

公式(2)和(3)即为Clarke变换；

设Sm为峰值，则

S_a＝S_mcos(ω_et+φ)                           (4)

$S_b=S_m\cos ({\mathrm{\ω}}_{e}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π}+\mathrm{\φ})---\left(5\right)$

$S_c=S_m\cos ({\mathrm{\ω}}_{e}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π}+\mathrm{\φ})---\left(6\right)$

将公式(4)-公式(6)代入公式(2)和公式(3)，得

S_q＝S_mcos(ω_et+φ)                           (7)

S_d＝-S_msin(ω_et+φ)                           (8)

联合(7)(8)两式，得

$S_m=\sqrt{S_q^2+S_q^2}---\left(9\right)$

所以，设电流有效值为Srms，则

$S_{\mathrm{rms}}=\frac{1}{\sqrt{2}}{S}_m---\left(10\right)$

由所述原理可以看出，只需知道实时信号Sa、Sb、Sc即可求出其有效值Srms，即只需获得三相电流的实时信号Sa、Sb、Sc，即可实时获得瞬时电流有效值Srms。

采用电流PI环控制电压；该方法适用于四象限高压变频器、或高压变频器牵引的风机泵类的力矩的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)有成熟的理论基础，检测结果准确可靠

2)基于Clarke变换原理的电流有效值算法，不需要电磁角速度，也不需要初始相位，只和三个传感器检测到的三相实时电流信号有关系，是纯粹的代数运算。因此，这个算法具有普遍的适用性，尤其重要的是，具有严格的实时特性，能够满足最快速的控制需求。

3)使用电流PI环控制电压，通过高压变频器PWM板发出相应波形，能很快控制住电流，达到控制转矩的目的，能够使转矩变化平滑稳定，响应速度快。

4)能够稳定准确的检测电流，相当于稳定准确的检测到力矩，而检测的准确性是控制的基础。

5)能够规避极低频率下的转矩脉动。

6)能够实现零速恒转矩输出。

7)能够实现零速稳定。

8)具有大惯量，大功率，大系统中的广泛应用前景。

附图说明

图1是用于四象限高压变频器的电流控制框图。

具体实施方式

实施例1

一种用于高压变频器的电流控制方法，该方法通过Clarke变换原理，得出准确的瞬时电流有效值，通过改变功率单元的PWM工作状态，来改变高压变频器输出电压，自动调节电机输出电流，快速而稳定控制电机输出力矩。

通过Clarke变换原理计算瞬时电流有效值的方法是：

设S为欲进行变换之变量，则有如下三相坐标到两相坐标的变换关系成立：

其中，S₀是零序分量，可以忽略。

令θ＝0，则q轴和a轴重合；忽略零序分量，则公式(1)简化为

$S_q=\frac{2}{3}{S}_a-\frac{1}{3}{S}_b-\frac{1}{3}{S}_c=S_a---\left(2\right)$

$S_d=-\frac{1}{\sqrt{3}}{S}_b+\frac{1}{\sqrt{3}}{S}_c---\left(3\right)$

公式(2)和(3)即为Clarke变换；

设Sm为峰值，则

S_a＝S_mcos(ω_et+φ)                                  (4)

$S_b=S_m\cos ({\mathrm{\ω}}_{e}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π}+\mathrm{\φ})---\left(5\right)$

$S_c=S_m\cos ({\mathrm{\ω}}_{e}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π}+\mathrm{\φ})---\left(6\right)$

将公式(4)-公式(6)代入公式(2)和公式(3)，得

S_q＝S_mcos(ω_et+φ)                                  (7)

S_d＝-S_msin(ω_et+φ)                              (8)

联合(7)(8)两式，得

$S_m=\sqrt{S_q^2+S_q^2}---\left(9\right)$

所以，设电流有效值为Srms，则

$S_{\mathrm{rms}}=\frac{1}{\sqrt{2}}{S}_m---\left(10\right)$

由所述原理可以看出，只需知道实时信号Sa、Sb、Sc即可求出其有效值Srms，即只需获得三相电流的实时信号Sa、Sb、Sc，即可实时获得电流瞬时有效值Srms。

见图1，对电机三相交流电流施加Clarke变换，根据三相坐标到两相坐标的变换关系公式，忽略零序分量，该方法适用于四象限高压变频器的力矩控制。通过电流环节PID调节，设定电流为PDI环的输入给定，检测到的瞬时有效值为PID环的输入反馈。通过PID计算，得出给出电压，可通过调节电压给定给出输出PWM波参数，生成实际的电机给定电压，控制电机电流大小，达到控制的目的。

该方法通过Clarke变换快速精确检测0-50Hz电流，控制功率单元的PWM波形输出，实现高压变频器在0-50Hz频率下，尤其在低速时快速精确控制力矩。基于Clarke变换得出瞬时电流，无时滞；无需计算相角度。该方法克服了以往高压变频器在四象限提升机等领域电流检测不准、控制精度不高、控制速度不快等问题。该方法可解决在任意频率下，尤其是超低频率下四象限高压变频器的力矩控制问题，能满足一些大型工业系统如矿用提升机的低速精确转矩控制的特殊性要求。

实施例2

实施例1中的通过Clarke变换原理计算瞬时电流有效值的方法还可用于对高压变频器牵引的风机泵类的检测电流的有效值。

以往的电流有效值检测方法是通过对一个周期的采样值进行方均根处理，计算出的电流有效值要滞后一个周期，实时性较差，电流控制不理想。

本发明采用clarke变换原理，只需从传感器获得的实时三相电流，即可计算出瞬时电流有效值，实现对电流的瞬时检测。从而解决电流检测慢，电流控制不理想的问题。

Claims (3)

1.一种用于高压变频器的电流控制方法，其特征在于，该方法通过Clarke变换原理，得出准确的瞬时电流有效值，通过改变功率单元的PWM工作状态，来改变高压变频器输出电压，自动调节电机输出电流，快速而稳定控制电机输出力矩。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的电流控制方法，其特征在于，通过Clarke变换原理计算瞬时电流有效值的方法是：

设S为欲进行变换之变量，则有如下三相坐标到两相坐标的变换关系成立：

其中，S₀是零序分量，可以忽略。

令θ＝0，则q轴和a轴重合；忽略零序分量，则公式(1)简化为

$S_q=\frac{2}{3}{S}_a-\frac{1}{3}{S}_b-\frac{1}{3}{S}_c=S_a---\left(2\right)$

$S_d=-\frac{1}{\sqrt{3}}{S}_b+\frac{1}{\sqrt{3}}{S}_c---\left(3\right)$

公式(2)和(3)即为Clarke变换；

设Sm为峰值，则

S_a＝S_mcos(ω_et+φ)                                         (4)

$S_b=S_m\cos ({\mathrm{\ω}}_{e}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π}+\mathrm{\φ})---\left(5\right)$

$S_c=S_m\cos ({\mathrm{\ω}}_{e}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π}+\mathrm{\φ})---\left(6\right)$

将公式(4)-公式(6)代入公式(2)和公式(3)，得

S_q＝S_mcos(ω_et+φ)                                         (7)

S_d＝-S_msin(ω_et+φ)                                        (8)

联合(7)(8)两式，得

$S_m=\sqrt{S_q^2+S_q^2}---\left(9\right)$

所以，设电流有效值为Srms，则

$S_{\mathrm{rms}}=\frac{1}{\sqrt{2}}{S}_m---\left(10\right)$

由所述原理可以看出，只需知道实时信号Sa、Sb、Sc即可求出其有效值Srms，即只需获得三相电流的实时信号Sa、Sb、Sc，即可实时获得电流瞬时有效值Srms。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于高压变频器的电流控制方法，其特征在于，该方法适用于四象限高压变频器、或高压变频器牵引的风机泵类的力矩的控制。

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