CN111682782B - 一种高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法 - Google Patents

一种高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，包括：a).计算期望电压值Umu/n；b).采集实际电压值Vdc1、Vdc 2、…、Vdc n；c).获取输出电压系数t；d).计算输入电压系数k1、k2、…、kn；e).计算电压调制系数t*k1、t*k2、…、t*kn；f).均压控制。本发明的均压控制方法，以电压调制系数t*k1、t*k2、…、t*kn对每个逆变单元的输出电压进行控制，实现输入端直流电压低的逆变单元降低输出电压而少输出电能，输入端直流电压高的逆变单元提高输出电压而多输出电能，直到每个逆变单元输入端的电压都与期望值相同，近而达到逆变器直流母线电压平衡的目的。

Description

一种高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法
技术领域
本发明涉及一种直流母线电容均压控制方法，更具体的说，尤其涉及一种高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法。
背景技术
多绕组变频电机一体机从电网引入高压电接入输入电抗器，通过输入电抗器接到整流单元的输入，通过整流单元的整流后得到直流母线电压，直流电压再通过直流母线滤波后接到n个m桥臂逆变器串联后得到的逆变单元上，各组m桥臂逆变器的输出再接到多输入端的电动机的电源输入端，这样就形成10kV高压变频电机一体机的电气拓扑结构。
这种高压变频器的直流母线上串联了n组电容器，电容器之间的电压均衡都是用并联电阻的方式实现动态和静态均压。如果逆变器对外输出的能量出现差异，则串联的电容间电压差异就需要大功率的电阻来均衡，即浪费电能产出不必要的热量，又占用设备内部的空间，增大设备体积。
因此就需要对存在的均压问题进行处理，提供一种串联多绕组电机变频器电容间均压的装置和控制方法，减小变频电机一体机的体积，降低设备价格。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法。
本发明的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，高压变频电机一体机包括电抗器、整流单元、逆变单元、滤波电容、电动机、电压采集电路和均压控制器，电抗器的输入端接于高压交流电上，输出端与整流单元的输入端相连接，整流单元的输出端形成高压直流母线；电动机有n个绕组，n个逆变单元依次串联后的两端接于高压直流母线上，每个逆变单元的输入端上均设置有滤波电容，n个滤波电容依次串联后的两端接于直流母线上；n个逆变单元的输出接于电动机的n个绕组上；电压采集电路用于对逆变单元输入端的电压进行采集，均压控制器实现对每个逆变单元输入端的均压控制；其特征在于，直流母线电容均压控制方法通过以下步骤来实现：
a).计算期望电压值，设当前时刻直流母线电压为Umu，则在理想状态下每个逆变单元输入端的期望电压值为Umu/n；
b).采集实际电压值，通过电压采集电路实时采集当前时刻每个逆变单元输入端的电压，即每个滤波电容两端的电压，设n个逆变单元分别标记为INV1、INV2、…、INVn，其输入端的电容分别标记为C1、C2、…、Cn，所采集的实际电压值分别为Vdc1、Vdc 2、…、Vdc n；
c).获取输出电压系数，均压控制器获取当前时刻控制逆变单元工作的设定输出电压系数，设设定输出电压系数为t；
d).计算输入电压系数，将采集的实际电压值C1、C2、…、Cn均除以期望值为Umu，得到n个逆变单元输入端电压的电压系数k1、k2、…、kn；
e).计算电压调制系数，获取实时输出电压系数，输出电压系数t与n个逆变单元输入端电压的电压系数k1、k2、…、kn相乘，得到t*k1、t*k2、…、t*kn；
f).均压控制，利用t*k1、t*k2、…、t*kn分别作为n个逆变单元INV1、INV2、…、INVn的调制系数，来控制n个逆变单元的输出，实现：输入端直流电压低的逆变单元降低输出电压而少输出电能，以降低逆变单元输入端上滤波电容的放电，输入端直流电压高的逆变单元提高输出电压而多输出电能，以增加逆变单元输入端上滤波电容的放电，直到每个逆变单元输入端的电压都与期望值相同，近而达到逆变器直流母线电压平衡的目的。
本发明的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，所述直流母线电压为10kV。
本发明的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，所述逆变单元的数量为4个，电动机绕组的数量为4个，每个电动机绕组中含有3个线圈，每个逆变单元含有3个桥臂。
本发明的有益效果是：本发明的高压变频电机一体机的直流母线电容均压控制方法，首先利用实时的直流母线电压除以逆变单元的数量，得到逆变单元输入端直流电压（滤波电容两端的电压）的期望值Umu/n，然后利用检测的逆变单元输入端的实际电压值与期望值相比，得到逆变单元输入端电压的电压系数k1、k2、…、kn，然后将电压系数k1、k2、…、kn乘以设定输出电压系数t，得到电压调制系数t*k1、t*k2、…、t*kn，以电压调制系数对每个逆变单元的输出电压进行控制，实现输入端直流电压低的逆变单元降低输出电压而少输出电能，以降低逆变单元输入端上滤波电容的放电，输入端直流电压高的逆变单元提高输出电压而多输出电能，以增加逆变单元输入端上滤波电容的放电，直到每个逆变单元输入端的电压都与期望值相同，近而达到逆变器直流母线电压平衡的目的。
附图说明
图1为本发明的高压变频电机一体机的电气结构示意图；
图2为本发明的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制器的原理框图。
图中：1整流单元，2逆变单元，3滤波电容，4电动机绕组，5均压控制器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的高压变频电机一体机的电气结构示意图，其由电抗器（图中未画出）、整流单元1、逆变单元2、滤波电容3、电动机以及电压采集电路组成，电抗器的输入端接于高压交流电（如10kV）上，电抗器的输出端接于整流单元1的输入端上，整流单元1的输出端形成高压直流母线。电动机上设置有n个绕组，绕组分别记为绕组1、绕组2、…、绕组n，逆变单元2的数量与电动机上绕组的数量相等，也为n个，n个逆变单元分别标记为INV1、INV2、…、INVn。
n个逆变单元2依次串联后的两端接于直流母线上，每个逆变单元2的输入端均并联有电容，n个逆变单元2输入端的电容分别标记为C1、C2、…、Cn，电容C1、C2、…、Cn依次串联后的两端分别接于高压直流母线上。电动机上绕组中含有的线圈数与逆变单元2中的桥臂数相等，如为2个或3个逆变桥臂。
如图2所示，给出了本发明的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制器的原理框图，设定输出电压系数t为高压变频电机一体机在没有引入本发明中的控制方法时当前时刻的电压调制系数，Vdc1、Vdc 2、…、Vdc n为检测的每个逆变单元2输入端（滤波电容3两端）的电压值，tk1、tk2、…、tkn即t*k1、t*k2、…、t*kn，为逆变单元2的电压调制系数。
本发明的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，通过以下步骤来实现：
a).计算期望电压值，设当前时刻直流母线电压为Umu，则在理想状态下每个逆变单元输入端的期望电压值为Umu/n；
b).采集实际电压值，通过电压采集电路实时采集当前时刻每个逆变单元输入端的电压，即每个滤波电容两端的电压，设n个逆变单元分别标记为INV1、INV2、…、INVn，其输入端的电容分别标记为C1、C2、…、Cn，所采集的实际电压值分别为Vdc1、Vdc 2、…、Vdc n；
c).获取输出电压系数，均压控制器获取当前时刻控制逆变单元工作的设定输出电压系数，设设定输出电压系数为t；
d).计算输入电压系数，将采集的实际电压值C1、C2、…、Cn均除以期望值为Umu，得到n个逆变单元输入端电压的电压系数k1、k2、…、kn；
e).计算电压调制系数，获取实时输出电压系数，输出电压系数t与n个逆变单元输入端电压的电压系数k1、k2、…、kn相乘，得到t*k1、t*k2、…、t*kn；
f).均压控制，利用t*k1、t*k2、…、t*kn分别作为n个逆变单元INV1、INV2、…、INVn的调制系数，来控制n个逆变单元的输出，实现：输入端直流电压低的逆变单元降低输出电压而少输出电能，以降低逆变单元输入端上滤波电容的放电，输入端直流电压高的逆变单元提高输出电压而多输出电能，以增加逆变单元输入端上滤波电容的放电，直到每个逆变单元输入端的电压都与期望值相同，近而达到逆变器直流母线电压平衡的目的。
以10kV变频器、逆变单元2的数量为4个、电动机绕组4的数量为4个、每个电动机绕组4中含有3个线圈、每个逆变单元2含有3个桥臂为例进行说明。
10kV变频器的直流母线电压额定值为14142V，变频器启动后直流电压会发生变化。假如某一时刻直流电压变化为14000V，平均分配到4组直流母线电容上，每组上面的电压应该为3500V，逆变器工作的输出电压系数为t。
控制器采集4组电容器的实时电压，用采集的实时电压除以期望的电容电压值3500V，得到4个单元母线电压的系数分别为k1、k2、k3、k4。
控制器计算每组逆变器的调制系数：输出电压系数和母线电压系数相乘为t*k1,t*k2, t*k3, t*k4作为对应组逆变器电压的调制系数。直流电压低的逆变器降低输出电压少输出电能，直流电压高的逆变器组提高输出电压多输出电能，直到直流母线电压都与期望值相同，近而达到逆变器直流母线电压平衡的目的。

Claims (3)

1.一种高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，高压变频电机一体机包括电抗器、整流单元（1）、逆变单元（2）、滤波电容（3）、电动机、电压采集电路和均压控制器（5），电抗器的输入端接于高压交流电上，输出端与整流单元的输入端相连接，整流单元的输出端形成高压直流母线；电动机有n个绕组，n个逆变单元依次串联后的两端接于高压直流母线上，每个逆变单元的输入端上均设置有滤波电容，n个滤波电容依次串联后的两端接于直流母线上；n个逆变单元的输出接于电动机的n个绕组上；电压采集电路用于对逆变单元输入端的电压进行采集，均压控制器实现对每个逆变单元输入端的均压控制；其特征在于，直流母线电容均压控制方法通过以下步骤来实现：
a).计算期望电压值，设当前时刻直流母线电压为Umu，则在理想状态下每个逆变单元输入端的期望电压值为Umu/n；
b).采集实际电压值，通过电压采集电路实时采集当前时刻每个逆变单元输入端的电压，即每个滤波电容两端的电压，设n个逆变单元分别标记为INV1、INV2、…、INVn，其输入端的电容分别标记为C1、C2、…、Cn，所采集的实际电压值分别为Vdc1、Vdc 2、…、Vdc n；
c).获取输出电压系数，均压控制器获取当前时刻控制逆变单元工作的设定输出电压系数，设设定输出电压系数为t；
d).计算输入电压系数，将采集的实际电压值C1、C2、…、Cn均除以期望值为Umu，得到n个逆变单元输入端电压的电压系数k1、k2、…、kn；
e).计算电压调制系数，获取实时输出电压系数，输出电压系数t与n个逆变单元输入端电压的电压系数k1、k2、…、kn相乘，得到t*k1、t*k2、…、t*kn；
f).均压控制，利用t*k1、t*k2、…、t*kn分别作为n个逆变单元INV1、INV2、…、INVn的调制系数，来控制n个逆变单元的输出，实现：输入端直流电压低的逆变单元降低输出电压而少输出电能，以降低逆变单元输入端上滤波电容的放电，输入端直流电压高的逆变单元提高输出电压而多输出电能，以增加逆变单元输入端上滤波电容的放电，直到每个逆变单元输入端的电压都与期望值相同，近而达到逆变器直流母线电压平衡的目的。
2.根据权利要求1所述的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，其特征在于：所述直流母线电压为10kV。
3.根据权利要求1或2所述的高压变频电机一体机直流母线电容均压控制方法，其特征在于：所述逆变单元（2）的数量为4个，电动机绕组（4）的数量为4个，每个电动机绕组（4）中含有3个线圈，每个逆变单元（2）含有3个桥臂。
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