CN107294467A - 变频驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种变频驱动控制装置，涉及变频驱动技术领域。该变频驱动控制装置，通过电路参数接收模块采集电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流等参数，并通过电压给定模块依据上述参数计算出q轴电压给定量及d轴电压给定量，接着脉宽调制模块依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号，从而可以根据相电流及电机转速实际值对输出至电机的三相电压进行实时调节，从而实现电网功率到电机功率的直接变换；同时通过精确控制电源输入电流，可以实现对功率因数的控制，使得电机稳定运行。

Description

变频驱动控制装置

技术领域

本发明涉及变频驱动技术领域，具体而言，涉及一种变频驱动控制装置。

背景技术

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，而压缩机工作需要电机的带动。

而在现有的驱动系统中，直流母线电压通常会有波动，而为保证电机可以稳定运行，大多是通过采用在直流端并联较大的电解电容的方案，而这会导致变频外机主板体积大，重量大，由于电解电容使用寿命短，导致控制整体寿命缩短，成本高；此外，由于使用大电解电容，导致上电瞬间存在较大的充电电流，需要设计充电控制电路，造成外机主板零部件多，成本高。

同时，为了保持输入电流谐波满足标准要求，必须使用功率因数校正电路，造成整个电路器件偏多，损耗偏大，拓扑结构复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频驱动控制装置，以实现电网功率到电机的直接功率变换，使得电机稳定运行。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种变频驱动控制装置，用于控制驱动电路以带动电机运转，所述变频驱动控制装置包括：

电路参数接收模块，用于接收一电路参数接收模块发送的电源输入电流、电源输入电压、母线电压以及输入至所述电机的相电流；

电压给定模块，用于依据所述电源输入电流、所述电源输入电压、所述母线电压、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴电压给定量及d轴电压给定量；

脉宽调制模块，用于依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成脉宽调制信号，并依据所述脉宽调制信号控制所述驱动电路驱动所述电机运转。

本发明实施例提供的变频驱动控制装置，通过电路参数接收模块采集电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流等参数，并通过电压给定模块依据上述参数计算出q轴电压给定量及d轴电压给定量，接着脉宽调制模块依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号，从而可以根据相电流及电机转速实际值对输出至电机的三相电压进行实时调节，从而实现电网功率到电机功率的直接变换；同时通过精确控制电源输入电流，可以实现对功率因数的控制，使得电机稳定运行。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的变频驱动装置的功能模块框图。

图2示出了本发明实施例提供的电压给定模块的功能模块框图。

图3示出了本发明实施例提供的d轴电压给定单元的功能模块框图。

图4示出了本发明实施例提供的q轴电压给定单元的功能模块框图。

图标：100-变频驱动控制装置；110-电路参数接收模块；120-电压给定模块；122-d轴电压给定单元；1222-d轴转矩电流确定子单元；1224-d轴电压给定量确定子单元；124-q轴电压给定单元；1241-电机转速实际值计算子单元；1242-交流输入电流峰值参考值确定子单元；1243-输入电流参考波形值确定子单元；1244-交流电参考值确定子单元；1245-电感电压参考值确定子单元；1246-母线电压参考值确定子单元；1247-q轴转矩电流参考量确定子单元；1248-前馈补偿量确定子单元；1249-q轴转矩电流给定量确定子单元；1250-q轴电压给定量确定子单元；130-脉宽调制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

本实施例提供了一种变频驱动控制装置100，用于控制通过驱动电路驱动的电机。请参阅图1，该变频驱动控制装置100包括电路参数接收模块110、脉宽调制模块130以及电压给定模块120。

其中，电路参数接收模块110用于接收一电路参数接收模块110发送的电源输入电流、电源输入电压、母线电压以及输入至所述电机的相电流。

电压给定模块120用于依据电源输入电流、电源输入电压、母线电压、相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴电压给定量及d轴电压给定量。

请参阅图2，电压给定模块120包括d轴电压给定单元122及q轴电压给定单元124。其中，d轴电压给定单元122用于依据相电流及预设定的d轴电流给定量计算d轴电压给定量。

具体地，请参阅图3，d轴电压给定单元122包括d轴转矩电流确定子单元1222及d轴电压给定量确定子单元1224。

其中，d轴转矩电流确定子单元1222用于依据相电流计算d轴转矩电流。具体地，d轴转矩电流确定子单元1222依据相电流计算d轴转矩电流的方法如下：

首先通过u相电流i_u以及v相电流i_v计算w相电流i_w：

i_w＝-i_u-i_v

接着通过u相电流i_u、v相电流i_v以及w相电流i_w计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：

i_α＝i_u

则q轴转矩电流的计算公式为：

i_q＝i_βcosθ-i_αsinθ

d轴转矩电流的计算公式为：

i_d＝i_αcosθ+i_βsinθ

其中，θ为电机转子永磁体磁链的角度，可通过传统的位置估算算法得出，其计算过程如下：

首先依据下述公式计算反电动势的d轴分量和q轴分量：

其中，估算角度与实际角度的误差的计算公式如下：

则电机转子永磁体磁链的角度由以下算式计算：

θ(n)＝θ(n-1)+Δθ

d轴电压给定量确定子单元1224用于依据d轴转矩电流及预设定的d轴电流给定量计算d轴电压给定量。

具体地，d轴电压给定量确定子单元1224可通过以下算式对d轴电压给定量进行计算：

u_d＝K_p1*(i_{d_Ref}-i_d)+K_i1*∫(i_{d_Ref}-i_d)dt

其中，i_{d_Ref}为预设定的d轴转矩电流参考量，i_d为d轴转矩电流，u_d为d轴电压给定量，K_p1为预设定的第一比例系数，K_i1为预设定的第一积分系数。

q轴电压给定单元124用于依据电源输入电流、电源输入电压、母线电压、相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴电压给定量。

具体地，请参阅图4，q轴电压给定单元124包括电机转速实际值计算子单元1241、交流输入电流峰值参考值确定子单元1242、输入电流参考波形值确定子单元1243、交流电参考值确定子单元1244、电感电压参考值确定子单元1245、母线电压参考值确定子单元1246、q轴转矩电流参考量确定子单元1247、前馈补偿量确定子单元1248、q轴转矩电流给定量确定子单元1249以及q轴电压给定量确定子单元1250。

电机转速实际值计算子单元1241用于依据相电流计算电机转速实际值。

具体地，电机转速实际值计算子单元1241相电流计算电机转速实际值的方法如下：

在之前的论述中，已经说明了如何通过相电流计算转子永磁体磁链的角度θ，因此电机转速实际值计算子单元1241可通过下述公式对电机转速实际值ω_r进行计算：

交流输入电流峰值参考值确定子单元1242用于依据电机转速实际值及预设定的电机转速参考值计算交流输入电流峰值参考值。

具体地，交流输入电流峰值参考值确定子单元1242可通过以下公式对交流输入电流峰值参考值i_{ac_Ref_peak}进行计算：

i_{ac_Ref_peak}＝K_p2*(ω_{r_Ref}-ω_r)+K_i2*∫(ω_{r_Ref}-ω_r)dt

其中，ω_{r_Ref}预设定的为电机转速参考值，ω_r为电机转速实际值，K_p2为预设定的第二比例系数，K_i2为预设定的第二积分系数。

输入电流参考波形值确定子单元1243用于依据电源输入电流计算输入电流参考波形值。

具体地，输入电流参考波形值确定子单元1243可通过以下公式对输入电流参考波形值i_{ac_waveform_Ref}进行计算：

i_{ac_waveform_Ref}＝|i_ac|

其中，i_ac为电源输入电流。

可以理解地，通过对电源输入电流取绝对值便可以得到输入电流参考波形值i_{ac_waveform_Ref}。

交流电参考值确定子单元1244用于依据交流输入电流峰值参考值及输入电流参考波形值计算交流电参考值。

具体地，交流电参考值确定子单元1244可通过以下公式对交流电参考值i_{ac_Ref}进行计算：

i_{ac_Ref}＝i_{ac_Ref_Peak}*i_{ac_waveform_Ref}

其中，i_{ac_Ref_peak}为交流输入电流峰值参考值，i_{ac_waveform_Ref}为输入电流参考波形值。

电感电压参考值确定子单元1245用于依据交流电参考值及电源输入电流计算电感电压参考值。

具体地，电感电压参考值确定子单元1245可通过以下公式对电感电压参考值U_{L_Ref}进行计算：

U_{L_Ref}＝K_p3*(i_{ac_Ref}-i_ac)+K_i3*∫(i_{ac_Ref}-i_ac)dt

其中，i_{ac_Ref}为交流电参考值，i_ac为电源输入电流，K_p3为预设定的第三比例系数，K_i3为预设定的第三积分系数。

母线电压参考值确定子单元1246用于依据电感电压参考值及电源输入电压计算母线电压参考值。

具体地，母线电压参考值确定子单元1246可通过以下公式对母线电压参考值u_{dc_Ref}进行计算：

u_{dc_Ref}＝u_ac+u_{L_Ref}

其中，u_ac为所述电源输入电压，U_{L_Ref}为电感电压参考值。

q轴转矩电流参考量确定子单元1247用于依据母线电压参考值及母线电压计算q轴转矩电流参考量。

具体地，q轴转矩电流参考量确定子单元1247可通过以下公式对q轴转矩电流参考量i_{q_Ref_0}进行计算：

i_{q_Ref_0}＝K_p4*(u_{dc_Ref}-u_dc)+K_i4*∫(u_{dc_Ref}-u_dc)dt

其中，u_dc为母线电压，K_p4为预设定的第四比例系数，K_i4为预设定的第四积分系数。

前馈补偿量确定子单元1248用于依据交流电参考值计算前馈补偿量。

具体地，前馈补偿量确定子单元1248可通过以下公式对前馈补偿量i_{q_comp}进行计算：

i_{q_comp}＝K_p6*i_{ac_Ref}

其中，i_{ac_Ref}为交流电参考值，K_p6为预设定的第六比例系数。

q轴转矩电流给定量确定子单元1249用于依据q轴转矩电流参考量及前馈补偿量计算q轴转矩电流给定量。

具体地，q轴转矩电流给定量确定子单元1249可通过以下公式对q轴转矩电流给定量i_{q_Ref}进行计算：

i_{q_Ref}＝i_{q_Ref_0}+i_{q_comp}

其中，i_{q_comp}为前馈补偿量，i_{q_Ref_0}为q轴转矩电流参考量。

q轴电压给定量确定子单元1250用于依据q轴转矩电流给定量及q轴转矩电流计算q轴电压给定量。

具体地，q轴电压给定量确定子单元1250可通过以下公式对q轴电压给定量u_q进行计算：

u_q＝K_p5*(i_{q_Ref}-i_q)+K_i5*∫(i_{q_Ref}-i_q)dt

其中，i_q为q轴转矩电流，在计算d轴转矩电流时对其进行了描述；K_p5为预设定的第五比例系数，K_i5为预设定的第五积分系数，i_{q_Ref}为q轴转矩电流给定量。

脉宽调制模块130用于依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号，并将脉宽调制信号传输至驱动电路。

具体地，脉宽调制模块130实际上是通过控制输出至驱动电路的脉宽调制信号的脉冲宽度，从而实现对于驱动电路的控制，从而进一步控制电机。

因而，首先依据d轴电压给定量及q轴电压给定量计算电机的三相输出脉宽：

u_α＝u_d cosθ-u_q sinθ

u_β＝u_d sinθ+u_q cosθ

u_u＝u_α

依据三相输出脉宽计算电机的三相上桥导通占空比。

综上所述，本发明实施例提供的变频驱动控制装置，通过电路参数接收模块接收电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流等参数，并通过电压给定模块依据上述参数计算出q轴电压给定量及d轴电压给定量，接着脉宽调制模块依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号，从而可以根据相电流及电机转速实际值对输出至电机的三相电压进行实时调节，从而实现电网功率到电机功率的直接变换；同时通过精确控制电源输入电流，可以实现对功率因数的控制，使得电机稳定运行。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种变频驱动控制装置，用于控制驱动电路以带动电机运转，其特征在于，所述变频驱动控制装置包括：

电路参数接收模块，用于接收一电路参数接收模块发送的电源输入电流、电源输入电压、母线电压以及输入至所述电机的相电流；

电压给定模块，用于依据所述电源输入电流、所述电源输入电压、所述母线电压、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴电压给定量及d轴电压给定量；

脉宽调制模块，用于依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成脉宽调制信号，并依据所述脉宽调制信号控制所述驱动电路驱动所述电机运转。

2.如权利要求1所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述电压给定模块包括d轴电压给定单元，所述d轴电压给定单元用于依据所述相电流及预设定的d轴电流给定量计算所述d轴电压给定量。

3.如权利要求2所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述d轴电压给定单元用于通过算式u_d＝K_p1*(i_{d_Ref}-i_d)+K_i1*∫(i_{d_Ref}-i_d)dt计算所述d轴电压给定量，其中，i_{d_Ref}为预设定的d轴转矩电流参考量，i_d为d轴转矩电流，u_d为d轴电压给定量，K_p1为预设定的第一比例系数，K_i1为预设定的第一积分系数。

4.如权利要求1所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述电压给定模块还包括q轴电压给定单元，所述q轴电压给定单元用于依据所述电源输入电流、所述电源输入电压、所述母线电压、所述相电流及所述预设定的电机转速参考值计算所述q轴电压给定量。

5.如权利要求4所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述q轴电压给定单元包括：

电机转速实际值计算子单元，用于依据所述相电流计算所述电机转速实际值；

交流输入电流峰值参考值确定子单元，用于依据所述电机转速实际值及所述预设定的电机转速参考值计算交流输入电流峰值参考值；

输入电流参考波形值确定子单元，用于依据所述电源输入电流计算所述输入电流参考波形值；

交流电参考值确定子单元，用于依据所述交流输入电流峰值参考值及所述输入电流参考波形值计算交流电参考值；

电感电压参考值确定子单元，用于依据所述交流电参考值及所述电源输入电流计算电感电压参考值；

母线电压参考值确定子单元，用于依据所述电感电压参考值及所述电源输入电压计算母线电压参考值。

6.如权利要求5所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述交流输入电流峰值参考值确定子单元用于通过算式

i_{ac_Ref_peak}＝K_p2*(ω_{r_Ref}-ω_r)+K_i2*∫(ω_{r_Ref}-ω_r)dt

计算所述输入电峰值参考值，其中，ω_{r_Ref}为电机转速参考值，ω_r为电机转速实际值，K_p2为预设定的第二比例系数，K_i2为预设定的第二积分系数。

7.如权利要求5所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述电感电压参考值确定子单元用于通过算式

U_{L_Ref}＝K_p3*(i_{ac_Ref}-i_ac)+K_i3*∫(i_{ac_Ref}-i_ac)dt

计算所述电感电压参考值，其中，i_{ac_Ref}为交流电参考值，i_ac为电源输入电流，K_p3为预设定的第三比例系数，K_i3为预设定的第三积分系数。

8.如权利要求5所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述q轴电压给定单元还包括：

q轴转矩电流参考量确定子单元，用于依据所述母线电压参考值及所述母线电压计算q轴转矩电流参考量；

前馈补偿量确定子单元，用于依据所述交流电参考值计算前馈补偿量；

q轴转矩电流给定量确定子单元，用于依据所述q轴转矩电流参考量及所述前馈补偿量计算q轴转矩电流给定量；

q轴电压给定量确定子单元，用于依据所述q轴转矩电流给定量及q轴转矩电流计算所述q轴电压给定量。

9.如权利要求8所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述q轴转矩电流参考量确定子单元用于依据算式

i_{q_Ref_0}＝K_p4*(u_{dc_Ref}-u_dc)+K_i4*∫(u_{dc_Ref}-u_dc)dt

计算q轴转矩电流给定量，其中，i_{q_Ref_0}为q轴转矩电流参考量，u_dc为母线电压，K_p4为预设定的第四比例系数，K_i4为预设定的第四积分系数。

10.如权利要求8所述的变频驱动控制装置，其特征在于，所述q轴电压给定量确定子单元用于依据算式

u_q＝K_p5*(i_{q_Ref}-i_q)+K_i5*∫(i_{q_Ref}-i_q)dt

计算q轴电压给定量，其中，u_q为q轴电压给定量，i_q为q轴转矩电流，i_{q_Ref}为q轴转矩电流给定量，K_p5为预设定的第五比例系数，K_i5为预设定的第五积分系数。