CN102647141A - 电压矢量闭环补偿 - Google Patents

Abstract

电压矢量闭环补偿，它涉及高压大功率变频器。启动变频器在指定频率下f1，采集AB和BC两个线电压，分解两个线电压为三个相电压，然后根据3/2变换和矢量值计算公式算出矢量值U，根据负载电机的额定运行频率、额定电压及现在的运行频率算出此时应该输出的电压标准值U^*，标准值U^*和反馈值U进行比较，做PI调节，输出的值直接加上原有电压输出幅值AMP，最后进行调制输出到执行机构。它借助检测定子各相电流的极性进而分析死区对目标波形造成的正负影响，并根据这个结果在CPU中波形实时计算程序中加入抵消死区的正负影响，从而减小或消除未补偿的输出电压的高次谐波含量，防止电机产生脉动转矩或更为严重的某个特定频率下的系统振荡。

Description

电压矢量闭环补偿

技术领域：

本发明涉及高压大功率变频器，尤其涉及电压矢量闭环补偿。

背景技术：

对于通用型VVVF变频器，电机定子电压的控制是以开环方式进行的，控制器根据一定的方法，输出电机定子电压的期望值，经PWM调制环节调制后输出PWM指令，然后通过驱动电路连接到系统逆变单元功率开关器件的控制极上，控制逆变单元的输出电压，显然当PWM调制环节和逆变单元都能够按照期望的方式理想地工作的话，定子电压的这种开环控制方式可以得到比较理想的控制效果，然而受到以下两个原因的影响可能输出的电压有所偏差：一是交流母线电压偏高，二是输出负载致使电流有所波动，致使电压有所波动；原因一的影响如下：由于主控是按照一定的VVVF曲线根据给定的频率输出相应的电压，而输出的电压是根据相应的调制比所给出的，例如相对于6kV的系统，负载电机额定为50Hz，那么如果给定频率为50Hz，输出的调制比就应为1，即最大调制比，如果此时交流母线为6000V，输出的线电压也是6000V，如果交流母线为6500V此时输出的线电压也为6500V，可以这么说一旦VVVF曲线确定，不记负载的影响，输出的电压只跟交流母线和给定频率决定的，所以当交流母线过高时，会造成电机的过励磁现象，不利于电机的长期运行，原因二具体的影响来自于，由于负载电流由于负载工况所决定的，所以负载波动会引起电流的波动，当电流波动比较严重时，会影响到输出电压的稳定性，而输出电压的不稳定又加剧了电流的波动，从而形成一种恶性循环，会影响电机的长期稳定运行。

在以前的变频器产品中，由于开关频率较低，死区影响还可以容忍，但随着开关频率的提高，其对电压畸变的影响也大大提高，尤其在低频段更为严重，甚至会造成电流涌动，如果电机长期运行在低频下，将缩短电机的使用寿命。

发明内容：

本发明的目的是提供电压矢量闭环补偿，它借助检测定子各相电流的极性进而分析死区对目标波形造成的正负影响，并根据这个结果在CPU中波形实时计算程序中加入抵消死区的正负影响，从而减小或消除未补偿的输出电压的高次谐波含量，防止电机产生脉动转矩或更为严重的某个特定频率下的系统振荡。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的补偿方法是：启动变频器在指定频率下f1，采集AB和BC两个线电压，分解两个线电压为三个相电压，然后根据3/2变换和矢量值计算公式算出矢量值U，根据负载电机的额定运行频率、额定电压及现在的运行频率算出此时应该输出的电压标准值U^*，标准值U^*和反馈值U进行比较，做PI调节，输出的值直接加上原有电压输出幅值AMP，最后进行调制输出到执行机构。

本发明借助检测输出线电压的幅值，从而算出此时的电压矢量，然后根据实际需要输出的电压矢量与之作比较，控制调节后使之逼近或等于实际所需输出的电压矢量。

本发明借助检测定子各相电流的极性进而分析死区对目标波形造成的正负影响，并根据这个结果在CPU中波形实时计算程序中加入抵消死区的正负影响，从而减小或消除未补偿的输出电压的高次谐波含量，防止电机产生脉动转矩或更为严重的某个特定频率下的系统振荡。

附图说明：

图1是本发明滤波处理后的结构示意图；

图2是本发明标准曲线值的结构示意图；

图3是本发明系统的控制框图。

具体实施方式：

参照图1-图3，本具体实施方式采用以下技术方案：它的补偿方法是：启动变频器在指定频率下f1，采集AB和BC两个线电压，分解两个线电压为三个相电压，然后根据3/2变换和矢量值计算公式算出矢量值U，根据负载电机的额定运行频率、额定电压及现在的运行频率算出此时应该输出的电压标准值U^*，标准值U^*和反馈值U进行比较，做PI调节，输出的值直接加上原有电压输出幅值AMP，最后进行调制输出到执行机构。

本具体实施方式借助检测输出线电压的幅值，从而算出此时的电压矢量，然后根据实际需要输出的电压矢量与之作比较，控制调节后使之逼近或等于实际所需输出的电压矢量。

具体分析如下：

电机运行时有以下公式：

E＝4.44kfφ_m                                (1)

式(1)中E为电动机感应电动势，k为系数，f为电动机定子电动势频率，φ_m为气隙磁场，在电机控制中，我们希望电机基频以下保持φ_m恒定，所以就要求

不变，而忽略电机定子漏感和电阻就有

U＝E＝4.44kfφ_m                             (2)

式(2)中U为电机定子侧输入电压，如果电机此时由变频器拖动，则也为变频器输出电压，以上分析就是VVVF调速的基本原理。可以明显看出当输出U过高时，f不变的情况下，φ_m就会过大，而φ_m过大会引起过励磁反应，一旦磁饱和，就会发生过流，严重致使电机损坏，所以在变频调速中，控制变频器输出电压就尤为重要，而一般的电压控制都是采用有效值来，有效值由于是一个周期才能算出来课件时效性不好。

本具体实施方式采用一种新型电压采样计算来参与控制，对于级联式高压变频器而言，频率越高电压谐波越小，也就是说在频率低的情况下检测的电压含有较高的谐波，而这种谐波对于控制计算是有害的，容易造成偏差，所以我们需要对电压采样做相应的处理，普通方式是对电压信号进行滤波，但由于电压信号是一个交流量，对交流量进行低通滤波的话，又造成一定的延时，不利于实时控制系统，我们所采用的是对直流进行低通滤波，由于是对直流进行滤波所以不会带来延时，由于高压变频器输出的是三相交流电压，所以我们采集两个线电压，就可以得到三相电压的信号，再通过计算就可以得到电压矢量值。

假定采集两个线电压的值电压的U_ab和U_bc，由于三相平衡的系统，可以由式(3)求出相电压的值；

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a-U_b=U_{\mathrm{ab}}\\ U_b-U_c=I_{\mathrm{bc}}\\ U_a+U_b+U_c=0\end{array}\right.---\left(3\right)$

算出U_a、U_b、U_c后就可以使用以下式(4)进行静止3/2坐标变换得到U_α和U_β。

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\α}}=\sqrt{\frac{3}{2}}{U}_a\\ U_{\mathrm{\β}}=\frac{\sqrt{2}}{2}{U}_a+\sqrt{2}{U}_b\end{array}\right.---\left(4\right)$

通过式(5)即可算出电压矢量值U，U在数值上是等于线电压的有效值的，所以在是一个直流量。

$U=\sqrt{U_{\mathrm{\α}}^2+U_{\mathrm{\β}}^2}---\left(5\right)$

如图1所示，在对U进行滤波后的值比较平稳，可以参与控制计算。

如此时电机运行在f₁的频率，则可以通过式(6)求出此时的变频器输出电压标准值U^*。

$U^{*}=\frac{f_1}{f_{\mathrm{ed}}}*U_{\mathrm{ed}}---\left(6\right)$

式(6)中，f_ed为电机的额定运行频率，U_ed为电机的额定电压。

如图2表示的是额定电压6kV，额定运行频率50Hz的电机而言的标准曲线值。

图3所示为系统的控制框图，在现场高压变频器的应用，运行频率是由用户根据工况给定的，给定了运行频率，此时算出标准的运行电压U^*，与电压反馈信号U相比，得到差值送入PI调节器环节，输出限幅器是保证输出在正常工作范围之内，防止造成系统的过调制，AMP模块是原有VVVF曲线计算出来的脉宽值，最终系统调制输出。此系统完美地结合了VVVF，使系统调制更精确。能抑制电机的过励磁，和一定的由于负载转矩波动的电流波动。

本具体实施方式借助检测定子各相电流的极性进而分析死区对目标波形造成的正负影响，并根据这个结果在CPU中波形实时计算程序中加入抵消死区的正负影响，从而减小或消除未补偿的输出电压的高次谐波含量，防止电机产生脉动转矩或更为严重的某个特定频率下的系统振荡。

Claims (1)

1.电压矢量闭环补偿，其特征在于它的补偿方法是：启动变频器在指定频率下f1，采集AB和BC两个线电压，分解两个线电压为三个相电压，然后根据3/2变换和矢量值计算公式算出矢量值U，根据负载电机的额定运行频率、额定电压及现在的运行频率算出此时应该输出的电压标准值U^*，标准值U^*和反馈值U进行比较，做PI调节，输出的值直接加上原有电压输出幅值AMP，最后进行调制输出到执行机构。

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