CN102931889A

CN102931889A - 变频传动系统过电压失速防止控制方法

Info

Publication number: CN102931889A
Application number: CN2012104201509A
Authority: CN
Inventors: 戴政
Original assignee: JIANGSU REYA ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: JIANGSU REYA ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种变频传动系统过电压失速防止控制方法，它的特点是在传动系统中异步电机减速运行过程中，通过变频器控制单元检测其内部直流储能单元两端的电压值变化，当该电压值上升至预先设定的失速防止电压值，变频器控制单元在记忆原输出频率的同时，计算出此时异步电机定子与转子间的偏置频率，在变频器原输出频率的基础上加上偏置频率作为当前变频器的输出频率，并保持不变，即可抑制直流储能单元两端的电压值的上升，使该电压值始终在低于变频器过电压基准值的范围内变化，避免变频器跳过电压保护或造成变频器的损坏。

Description

变频传动系统过电压失速防止控制方法

技术领域

本发明涉及一种过电压失速防止控制方法，尤其适用于变频传动系统中异步电机减速运行时的过电压失速防止。

背景技术

如图1所示，在由电网交流电源1、变频器（含整流单元2、直流储能单元3、逆变单元4、控制单元5）、异步电机6和电机负载7所组成的变频调速传动系统中，当异步电机6减速运行时，其内部是由定子的旋转磁场拖动转子转速的下降，因此，定子旋转磁场的速度始终低于转子的旋转速度，即定子输出频率小于转子输出频率，异步电机6将处于发电制动状态。传动系统中所储存的机械能经异步电机6转换为电能，通过逆变单元4的功率器件回馈到直流储能单元3。由于此时的逆变单元4处于回馈制动状态，而在通用型的变频器中，整流单元2为不可控的二极管，从而导致经异步电机6转换的电能无法及时释放，造成变频器中直流储能单元3两端的电压不断上升。当异步电机6的减速过程较慢时，由于变频器和异步电机6的内部损耗，变频器中直流储能单元3两端电压的升高并不明显；而当异步电机6的减速过程较快，或异步电机6连接的电机负载7旋转惯量较大时，变频器中直流储能单元3两端的电压会急剧上升，从而造成变频器跳过电压保护，更有甚者会损坏变频器。

针对上述现象，在现有技术中提出了过电压失速防止控制方法，来控制变频器的输出频率和异步电机的减速过程。其原理是，在异步电机6减速过程中，当变频器中的控制单元5检测到直流储能单元3两端的电压上升至失速防止电压值（该值小于变频器过电压基准值）时，控制单元5控制异步电机6自动停止减速过程，待直流储能单元3两端的电压下降至减速恢复电压值（该值略低于失速防止电压值）以下时，再恢复减速过程。这种过电压失速防止控制方法对于旋转惯量较小的电机负载7来说，由于异步电机6的转子速度降低过程较快，通过变频器中的控制单元5控制异步电机6停止减速，直流储能单元3两端的电压上升幅度小，低于变频器过电压基准值，因而不会造成变频器跳过电压保护或变频器损坏，还是有效的。但是，当电机负载7的旋转惯量较大的时候，由于异步电机6的转子速度降低过程很慢，即使变频器中的控制单元5已经控制异步电机6停止减速，异步电机6的转子速度还是远远超前于定子旋转磁场的速度，异步电机6仍然处在发电制动状态，使得变频器中直流储能单元3两端的电压继续上升至变频器过电压基准值，仍旧会造成变频器跳过电压保护，甚至当直流储能单元3两端的电压超过逆变单元4功率器件允许的范围时，会造成变频器的损坏。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种改进的变频传动系统过电压失速防止控制方法。采用这种方法，可以在异步电机减速过程中，计算异步电机定子输出频率和转子输出频率之间的偏置频率，并将该偏置频率增加到变频器的输出频率中，使得变频器直流储能单元两端的电压始终低于变频器过电压基准值，避免变频器跳过电压保护或造成变频器的损坏。

为解决上述问题，采取以下方案：

本发明的变频传动系统过电压失速防止控制方法的特点是包括以下步骤：

步骤一：当传动系统中异步电机减速运行、变频器控制单元检测到其内部直流储能单元两端的电压值上升至预先设定的失速防止电压值时，变频器控制单元在记忆原输出频率的同时，计算出此时异步电机定子与转子间的偏置频率；

步骤二：在原输出频率的基础上加上偏置频率作为当前变频器的输出频率，并保持不变，使得变频器直流储能单元两端的电压值慢慢下降；

步骤三：当变频器直流储能单元两端的电压值下降至预先设定的减速恢复电压值时，变频器的当前输出频率开始减小，异步电机恢复正常减速运行；

重复上述步骤一至三，直到异步电机减速至所需的转速或停止旋转为止。

上述方法中，所述偏置频率的计算方法如下：

偏置频率=|异步电机定子输出频率—异步电机转子输出频率|×调整系数；其中，所述调整系数的范围为0~2。

当传动系统不存在其他干扰，变频器控制单元检测到的电子定子输出频率和转子输出频率相对稳定准确的情况下，所述调整系数的范围最好为1~2。

采取上述方案，具有以下优点：

由于本发明的变频传动系统过电压失速防止控制方法中，当传动系统中异步电机减速运行、变频器检测到其内部直流储能单元两端的电压值上升至预先设定的失速防止电压值（该值低于变频器过电压基准值）时，变频器控制单元在记忆原输出频率的同时，能够计算出此时异步电机定子与转子间的偏置频率，并在原输出频率的基础上加上该偏置频率作为当前变频器的输出频率。此时，异步电机内部定子的旋转磁场速度等于或略大于转子的转速，即定子输出频率等于或略大于转子输出频率，异步电机由减速时的发电制动状态被迅速切换成空载状态或极小功率输出的电动机状态，变频器直流储能单元两端的电压值不再上升而慢慢下降。当变频器直流储能单元两端的电压值下降至预先设定的减速恢复电压值时，变频器的当前输出频率开始减小，异步电机恢复正常减速运行。因此，无论在异步电机减速过程较快时，还是在电机负载旋转惯量较大时，这种方法都可以确保变频器直流储能单元两端的电压值始终低于变频器过电压基准值，避免变频器出现跳过电压保护，或造成变频器的损坏。

附图说明

图1是变频器传动系统的结构原理图；

图2是运用本发明的变频传动系统过电压失速防止控制方法控制异步电机减速过程中，异步电机定子输出频率、转子输出频率、变频器输出功率以及变频器直流储能单元两端的电压随时间推移的数值变化曲线图。

具体实施方式

下面结合图1和图2，对本发明的变频传动系统过电压失速防止控制方法的实施过程作进一步说明。

为保证直流电压采样值的实时性，本实施例是在10kHz的PWM载波中断（采样周期低于2msec高速中断）中，检测变频器直流储能单元两端的电压值12，并进行过电压失速防止控制的过程。

如图2中

Figure 2012104201509100002DEST_PATH_IMAGE001

所示，异步电机6正常运行时，其内部定子的输出频率Fs略大于转子输出频率Fr，即异步电机6滑差频率Fslip = Fs –Fr > 0，异步电机6处于电动机状态，变频器输出功率大于零，输出转矩T大于零，在输出转矩等于电机负载7的转矩时，系统达到平衡，此时电机负载7从变频器端获得能量，变频器直流储能单元两端的电压值12略低于待机时的电网整流电压值11。

当异步电机6减速运行时，本发明的变频传动系统过电压失速防止控制方法的步骤如下：

步骤一：如图2中

所示，异步电机6减速运行，即变频器输出频率逐渐减小，同时带动异步电机6定子输出频率Fs逐渐减小，但此时异步电机6定子输出频率Fs仍然大于转子输出频率Fr。变频器输出功率继续减小，直到异步电机6定子输出频率Fs等于转子输出频率Fr时，变频器的输出功率减小为0，即P=0，电机负载7不再从变频器获取能量。此时，变频器直流储能单元两端的电压值12恢复到待机时的电网整流电压值11。如图2中

Figure 2012104201509100002DEST_PATH_IMAGE003

所示，变频器输出功率再继续减小，使得异步电机6定子输出频率小于转子输出频率，定子旋转磁场拖动转子转速下降，异步电机6滑差频率Fslip = Fs – Fr< 0，则异步电机6处于发电状态运行，发电的能量通过变频器逆变单元4的功率器件回馈到直流储能单元3，使得直流储能单元两端的电压值12迅速上升。根据电机负载7的惯性以及减速速率的大小，在异步电机6拖动大惯性电机负载或者减速速率较大时，直流储能单元两端的电压值12上升相当迅速。当变频器的控制单元5（如CPU等）通过高速采样检测到直流储能单元两端的电压值12达到预先设定的失速防止电压值9（该值小于变频器过电压基准值8）时，变频器失速防止功能有效，变频器自动停止减速。此时，控制单元5首先记忆住减小后的原输出频率，然后计算出此时的异步电机6滑差频率，再计算出如下式所示的偏置频率F_hys：

F_hys = | Fslip |*Gain

其中，Fslip为通过变频器输出电流计算得到的异步电机6滑差频率（即Fslip = 异步电机定子输出频率Fs – 异步电机转子输出频率Fr）。Gain为调整系数，其范围为0~2，当传动系统不存在其他干扰，变频器控制单元检测到的电子定子输出频率和转子输出频率相对稳定准确的情况下，Gain的范围最好为1~2。通过调整Gain值可以调节偏置频率F_hys值的大小，使得在实施过电压失速防止控制时可以确保异步电机6的滑差极小，异步电机6工作在空载状态或电动机状态。

步骤二：如图2中

所示，变频器输出频率在原有基础上增加一个输出偏置频率，并保持这个新的输出功率不变，使得变频器的实际输出频率（即异步电机6定子输出频率）等于或略大于异步电机6转子输出频率，从而使得异步电机6处于空载状态或输出功率较小的电动机状态，电机负载7从变频器吸收能量，从而使得由异步电机6的机械能转化来的电能不再继续返回变频器，稳定了直流储能单元两端的电压值12，使其不再继续上升。此时，尽管异步电机6处于空载状态，但变频器需要继续输出励磁电流，变频器和异步电机6同时存在着内部损耗，这些损耗均来自于变频器的直流储能单元3（如电解电容），因此，直流储能单元两端的电压值12开始下降。

步骤三：当直流储能单元两端的电压值12下降到减速恢复电压值10时，变频器在当前输出频率的基础上开始逐渐减小，异步电机6恢复正常减速运行。

重复步骤一至三，直到异步电机6减速至所需的转速或停止旋转为止，即可实现大惯性电机负载下，变频传动系统的过电压失速防止的有效控制。

Claims

1.变频传动系统过电压失速防止控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：

当传动系统中异步电机减速运行、变频器控制单元检测到其内部直流储能单元两端的电压值（12）上升至预先设定的失速防止电压值（9）时，变频器控制单元在记忆原输出频率的同时，计算出此时异步电机定子与转子间的偏置频率；

步骤二：

在原输出频率的基础上加上偏置频率作为当前变频器的输出频率，并保持不变，使得变频器直流储能单元两端的电压值（12）慢慢下降；

步骤三：

当变频器直流储能单元两端的电压值（12）下降至预先设定的减速恢复电压值（10）时，变频器的当前输出频率开始减小，异步电机恢复正常减速运行；

2.如权利要求1所述的变频传动系统过电压失速防止控制方法，其特征在于所述步骤一中的偏置频率的计算方法如下：

偏置频率=|异步电机定子输出频率－异步电机转子输出频率|×调整系数；其中，所述调整系数的范围为0~2。

3.如权利要求2所述的变频传动系统过电压失速防止控制方法，其特征在于所述调整系数的范围为1~2。