CN103078584A

CN103078584A - 一种工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法

Info

Publication number: CN103078584A
Application number: CN2013100105992A
Authority: CN
Inventors: 杜贵平; 徐伟
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-01-12
Filing date: 2013-01-12
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明涉及一种工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法，具体包括定子电阻压降补偿、重载补偿、网压波动补偿，工矿电机车在启动和低速运行状态下，定子电阻压降占定子电压的比重较大，输出转矩变小；电机车有时需工作在重载状态，需适当提高定子电压以适应运行需要；为电机车供电的直流架线电压存在波动，影响电机车的正常工作，需对架线电压做适当补偿。本发明从这三个方面对工矿电机车恒压频比控制的电压进行补偿，以保证电机车在各种环境和状态下都能输出足够大的转矩，满足电机车工作需要。

Description

一种工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法

技术领域

本发明涉及交流变频调速领域，具体涉及一种工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法。

背景技术

直流电机结构复杂，有换向器火花，体积大，价格高，高速有限，维护困难，且直流传动效率低下，因此，以感应电机为动力的交流传动系统正逐步取代传统的直流传动，成为工矿场合以及轨道交通领域动力牵引的主要发展趋势。

目前，研究较多的交流传动控制方法主要是矢量控制和直接转矩控制，但两者在工程实现中均存在难以解决的问题，例如矢量控制系统涉及复杂的坐标变换和易变化的电机参数，且难以对转子磁链精确定向，使得控制性能变差，采用人工智能、自适应等措施可以改善这种情况，但方法过于复杂，大大增加了工程应用的难度；直接转矩控制采用砰砰控制，使转矩和磁链产生较大的脉动，而且需要对转矩、磁链构建状态观测器，观测精度难以保证。恒压频比控制结构简单，容易实现，但低速性能差，难以应对网压波动、重载或爬坡等工况，不能很好的满足工矿轨道电机车的特殊控制要求，需要在工程实现时作相应改善。

发明内容

本发明的目的在于针对工矿电机车恒压频比控制系统，提出一种工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法，以解决工矿电机车恒压频比控制低速时输出转矩小的问题，并使电机车能够应对重载、网压波动等工况。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法，其包括定子电阻压降补偿；所述定子电阻压降补偿将输出频率（0~额定频率）、输出电压（0~额定电压）分割为若干区间；所述输出频率和输出电压的各个区间一一对应，且输出电压在相应频率区间内随频率均匀变化，使每个区间内输出电压与输出频率的比值均大于额定电压与额定频率的比值，以补偿低频时定子电阻压降的影响。

进一步的，上述方法还包括重载补偿；所述重载补偿在转差频率大于限定值时，使输出电压增加一个重载补偿值；所述重载补偿值为一累加值，每次增加值为设定值，当转差频率小于限定值时，重载补偿值减小，每次减小值也为设定值，直至降为0。

进一步的，上述方法还包括网压波动补偿；所述网压波动补偿根据直流输入电压的变化对实际定子电压进行补偿，当输入电压小于正常值时，输出电压=输出电压*（1+补偿电压比），当输入电压大于正常值时，输出电压=输出电压*（1-补偿电压比）；所述正常值为三相市电经不控整流得到的直流电压值；所述补偿电压比按以下规则确定：当输入电压小于下限值时，补偿电压比=（正常值-下限值）/输入电压，当输入电压处于下限值与正常值之间时，补偿电压比=（正常值-输入电压）/输入电压，当输入电压处于正常值与上限值之间时，补偿电压比=（输入电压-正常值）/输入电压，当输入电压大于上限值时，补偿电压比=（上限值-正常值）/输入电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、实现了定子电阻压降的补偿，提高了电机车低速时的输出转矩。

2、实现了重载补偿，使电机车在重载运行时或爬坡时能够输出足够大的牵引力。

3、实现了网压波动补偿，当直流架线电压在较大范围内变化时，电机车仍然可以满足工作要求。

附图说明

图1是定子电阻压降补偿示意图。

图2是重载补偿流程图。

图3是网压波动补偿流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施做进一步说明。

图1是定子电阻压降补偿示意图，本实施例根据图1所示电压、频率关系曲线，将输出频率的变化范围分割为4个区间，分界点为2、10、25，将输出电压的变化范围也分割为4个区间，分界点分别为额定输出电压的16%、35%、60%，所述输出频率、输出电压的变化范围值0到额定值，所述输出频率和输出电压的4个区间一一对应，且输出电压在相应频率区间内随频率均匀变化。由示意图可见，在输出频率的各个区间，电压与频率的比值均有不同程度的提高，经过电机车控制器控制逆变器输出，使电机定子的实际电压获得了相应的升高，补偿了定子电阻压降对输出转矩的影响,特别是低频时的机械特性获得了很大提升。

图2是重载补偿流程图，本实施例根据图中所示流程，根据转差频率的大小，对输出电压进行补偿，当转差频率大于限定值时，使输出电压增加一个重载补偿值，所述重载补偿值为一累加值，每次增加额定电压的1%，当重在补偿值打到额定电压的15%时，保持为恒值，当转差频率小于限定值时，重载补偿值减小，每次减小额定电压的1%，直至降为0。所述限定值视电机容量而定。经过电机车控制器，使电机定子电压在电机车重载或爬坡时逐渐升高，直至输出转矩满足要求，待情况好转后，再逐渐使输出电压恢复初始状态。

图3是网压波动补偿流程图，本实施例中，取输入电压正常值取为540V，上限值为800V，下限值为300V；所述网压波动补偿根据直流供电电压的变化对实际定子电压进行补偿，当输入电压小于540V时，输出电压=输出电压*（1+补偿电压比），当输入电压大于540V时，输出电压=输出电压*（1-补偿电压比）；所述补偿电压比按以下规则确定：当输入电压小于300V时，补偿电压比=（540-300）/输入电压，当输入电压处于[300,540]区间时，补偿电压比=（540-输入电压）/输入电压，当输入电压处于[540,800]区间时，补偿电压比=（输入电压-540）/输入电压，当输入电压大于800V时，补偿电压比=（800-540）/输入电压,实验结果显示，当直流输入电压波动时，电机定子电压能够跟随输入电压变化，从而满足工作要求。

以上各种补偿方法中的计算、判断和处理均由工矿电机车所带控制器的处理芯片实现，由控制器输出控制信号控制电机车逆变器的输出，从而达到补偿效果。

Claims

1.一种工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法，其特征在于包括定子电阻压降补偿；所述定子电阻压降补偿将输出频率、输出电压分割为若干区间；所述输出频率和输出电压的各个区间一一对应，且输出电压在相应频率区间内随频率均匀变化，使每个区间内输出电压与输出频率的比值均大于额定电压与额定频率的比值，以补偿低频时定子电阻压降的影响。

2.根据权利要求1所述的工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法，其特征在于还包括重载补偿；所述重载补偿在转差频率大于限定值时，使输出电压增加一个重载补偿值；所述重载补偿值为一累加值，每次增加值为设定值，当转差频率小于限定值时，重载补偿值减小，每次减小值也为设定值，直至降为0。

3.根据权利要求1或2所述的工矿电机车恒压频比控制的电压补偿方法，其特征在于还包括网压波动补偿；所述网压波动补偿根据直流输入电压的变化对实际定子电压进行补偿，当输入电压小于正常值时，输出电压=输出电压*（1+补偿电压比），当输入电压大于正常值时，输出电压=输出电压*（1-补偿电压比）；所述正常值为三相市电经不控整流得到的直流电压值；所述补偿电压比按以下规则确定：当输入电压小于下限值时，补偿电压比=（正常值-下限值）/输入电压，当输入电压处于下限值与正常值之间时，补偿电压比=（正常值-输入电压）/输入电压，当输入电压处于正常值与上限值之间时，补偿电压比=（输入电压-正常值）/输入电压，当输入电压大于上限值时，补偿电压比=（上限值-正常值）/输入电压。