CN114400951A - 一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,属于电子器件领域。该方法第一部分为变频运行切换至工频运行,采用电网角度与变频器输出角度的差值,通过调节控制器调整系统给定转速值;采用电网幅值与变频器输出幅值差值,经过调节控制器调整励磁电流的给定;当角度差值和幅值差值都达到初步设定阈值时,将变频器运行模式由矢量控制模式平滑切换至按照电网电压输出的开环控制模式,开环模式下当角度差值达到第二设定阈值时,进行变切工操作。第二部分为工频运行切换至变频运行,该部分先保持脉冲封锁将变频器输出接触器合闸,将输出电压信号进行解耦处理后作为矢量控制中相应调节器输出的初值,断开电网接触器后使能脉冲进入矢量控制。
Description
技术领域
本发明属于电子器件领域,涉及一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法。
背景技术
变频器带交流电机负载运行采用矢量控制模式,具有动态相应快,静态误差小等突出优点;同时因变频器故障、检修等因素,工频侧与变频器之间常需要进行不定时的切换。
目前对于变频器压频比开环运行模式(以下称VF模式)运行已具备多种工频投切的方法,其实现原理和效果也都不同,对于矢量控制模式下的工频切换,通常采用的方法为:先由矢量控制模式切到VF模式后进行变切工切换;工切变时先运行到VF模式,然后后再切换至矢量控制模式,这就需要经常在VF与矢量控制模式之间相互切换,而切换瞬间常因角度或调制度的突变出现电流抖动甚至过流、直流母线过压等故障。
因此,本发明开发了一种基于矢量控制模式的同步切换方法,切换期间无需VF模式与矢量控制模式的互相切换。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,该方法利用电网电压信号与变频器输出电压信号,经过相应算法处理后直接调整矢量控制模式中相应变量,使得切换时达到无电流冲击,无转速扰动的控制效果。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,该方法包括两部分:
第一部分,交流电机负载在矢量控制模式变频运行状态下切换至工频运行,包含以下步骤:
S11:采集工频输入侧及变频输出侧电压信号,并进行信号处理,得到电压幅值、频率和角度信号;
S12:得到变切工指令后,按照工频电压频率为目标以矢量控制模式加速;
S13:加速至目标转速后,开启矢量控制模式下的跟踪控制:采用电网角度与变频器输出角度的差值,通过调节控制器调整系统给定转速值,达到角度跟踪的效果;采用电网幅值与变频器输出幅值差值,经过调节控制器调整励磁电流的给定,达到幅值跟踪的效果;
S14:当角度差值达到角度第一设定阈值,幅值差达到幅值设定阈值时,将变频器运行模式由矢量控制模式平滑切换至按照电网电压输出的开环控制模式;
S15:当角度差值达到第二设定阈值内保持1s时,进行变切工操作;
第二部分,交流电机负载在工频运行状态下切换至变频器矢量控制模式运行,包含以下步骤:
S21:得到工切变指令后,封锁脉冲,闭合变频器输出接触器KM2;
S22:采集变频输出侧电压信号,并进行信号处理,得到电压幅值、频率和角度信号;
S23:利用电压矢量角计算矢量变换角,将电机电压和电流信号进行解耦处理;
S24:利用实际解耦变量设定矢量控制中相应调节器输出的初值;
S25:断开电网接触器后使能脉冲进入矢量控制。
可选的,所述S13中,矢量控制模式下的跟踪控制方法具体为:将电网角度θac减去变频器输出电压角度θinv,得到相位差Δθ,通过PI调节器输出补偿矢量控制系统转速环给定转速,调节变频器输出角度趋近电网电压角度;电网幅值Uacm与变频器输出幅值Uinvm之间的幅值差ΔU,经过PI调节器输出调整励磁电流的给定,使变频器输出幅值趋近电网电压幅值。
可选的,所述S14中,将变频器运行模式由矢量控制模式平滑切换至按照电网电压输出的开环控制模式的方法具体为:相位差满足第一设定阈值且幅值差满足幅值设定阈值时,记录当前输出调制度mtemp、幅值差ΔUtemp、电网幅值Uacm_temp、直流母线电压Udc_temp、实际输出电压角度与发送角度指令差thetacomptemp、当前电网与输出相位差thetainit;发送角度和调制度按照下式执行:
θ=eac+thetacomp-detathetainit-detathetaset-thetacomtemp
其中:
thetacomp为外部设定切换时变频器输出超前电网输出的预设角度;
detathetaset为从detathetainit开始,以-detathetainit为目标按线性斜坡变化的调整角度;
调制度线性斜坡改变至目标调制度mgoal
mgoal=(mtemp+ΔUtemp)*(Uacm/Udc)/(Uacm_temp/Udc_temp)。
可选的,所述S23中,忽略定子电阻和漏抗,矢量变换角θtrans等效为电压矢量角θinv-π/2,电压电流信号解耦按照矢量控制模式中的解耦公式进行。
可选的,所述S24中,设定的初值具体包括:转速环调节器输出初值设为当前解耦转矩电流,无电机电流检测设为0;
励磁电流环励磁给定设为额定励磁电流;
电流环调节器输出初值分别设为当前解耦电压值,输出给定角度指令和调制度指令初值按照矢量控制模式由电流调节器输出进行矢量变换和相应补偿计算后得到。
本发明的有益效果在于:本发明可以实现变频器带交流电机负载矢量控制模式下工频电源与变频器供电之间的平滑无扰切换,避免矢量控制模式与VF模式直接切换而引起系统的电流冲击等故障,保证生产的连续性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为本实施例所述的控制系统示意图;
图2为本发明所述的基于矢量控制模式的同步切换控制方法流程图;
图3为变频电压跟踪工频电压幅值、角度原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1~图3,图1是本实施例中高压变频器同步切换的系统,工频电源为10kV电源,变频器为副边660V的8级H桥单元级联高压变频器,拖动1600kW电励磁同步电机,控制系统包括电压检测模块,信号处理和PWM计算模块,IO控制模块。
电压检测模块,检测工频电压A相Uaca和B相Uacb、变频器输出电压A相Uinva和B相Uinvb、变频器输出电流或电机电流A相Iinva和B相Iinvb,其中电流检测主要用于矢量控制及变频器故障判断;
信号处理和PWM计算模块,对检测到的电压信号进行锁相计算,运行电机控制算法,最后输出合适的PWM脉冲驱动变频器中的H桥功率单元模块;
IO控制模块,进行接触器状态的检测和控制,根据切换需求进行相应的切换动作。
图2是本实施例中基于矢量控制模式的同步切换采用的控制方法流程图,包括以下步骤:
第一部分,交流电机负载在矢量控制模式变频运行状态下切换至工频运行,该部分包含以下步骤:
步骤一:采集工频电压A相Uaca和B相Uacb,变频器输出电压A相Uinva和B相Uinvb,采用软件锁相环算法得到工频电压信号的幅值Uacm、频率Freqac和三相基波电压矢量角度θac,变频器输出电压信号的幅值Uinvm、频率Freqinv和三相基波电压矢量角度θinv,
步骤二:得到变切工指令后,按照工频电压频率为目标以矢量控制模式加速;
步骤三:判断输出频率达到设定目标时,进入相位和幅值跟踪算法,算法如图3所示:相位差Δθ=θac-θinv,经过PI调节器调节,调节器输出Δf,矢量控制给定转速wrset=fset+Δf,幅值差ΔU=Uacm-Uinv1,经过PI调节器调节,调节器输出ΔIsm,励磁柜给定leref=leset+ΔIsm,Δθ第一阈值设为±3°之间,ΔU阈值设为±0.05之间,当Δθ到达相位第一阈值内且ΔU到达幅值设定阈值内时,记录当前输出调制度mtemp、幅值差ΔUtemp、电网幅值Uacm_temp、直流母线电压Udc_temp、实际输出电压角度与发送角度指令差thetacomptemp、当前电网与输出相位差thetainit;
步骤四:发送角度、调制度切换至开环模式,按照下式执行:
θ=θac+thetacomp-detathetainit-detathetaset-thetacomtemp
其中:
thetacomp为外部设定切换时变频器输出超前电网输出的预设角度;
detathetaset为从detathetainit开始,以-detathetainit为目标按线性斜坡变化的调整角度。
调制度线性斜坡改变至目标调制度mgoal
mgoal=(mtemp+ΔUtemp)*(Uacm/Udc)/(Uacm_temp/Udc_temp)。
步骤五:Δe第二阈值设为±1°之间,当角度差值达到第二设定阈值内保持1s时,进行变切工操作,先闭合变频接触器KM2投入变频器运行,再断开工频接触器KM3退出工频运行。
第二部分,交流电机负载在工频运行状态下切换至变频器矢量控制模式运行,该部分包含以下步骤:
步骤一:得到工切变指令后,封锁脉冲,闭合变频器输出接触器KM2;
步骤二:采集变频输出侧电压信号A相Uinva和B相Uinvb,此时变频器输出侧电压与电网电压,电机定子电压均形同,采用软件锁相环处理电压信号,得到电压幅值Uinvm、频率Freqinv和三相基波电压矢量角度θinv;
步骤三:忽略定子电阻、漏抗等,矢量变换角θtrans=θinv-π/2,电压电流信号解耦按照矢量控制模式中的解耦公式进行。
步骤四:设定以下变量初值:转速环调节器输出初值设为0;定子励磁电流环励磁给定设为0;励磁柜给定设为额定励磁;电流环调节器输出初值分别设为当前解耦电压值,输出给定角度指令和调制度指令初值按照矢量控制模式由电流调节器输出进行矢量变换和相应补偿计算后得到。
步骤五:断开电网接触器KM3后使能脉冲进入矢量控制。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,其特征在于:该方法包括两部分:
第一部分,交流电机负载在矢量控制模式变频运行状态下切换至工频运行,包含以下步骤:
S11:采集工频输入侧及变频输出侧电压信号,并进行信号处理,得到电压幅值、频率和角度信号;
S12:得到变切工指令后,按照工频电压频率为目标以矢量控制模式加速;
S13:加速至目标转速后,开启矢量控制模式下的跟踪控制:采用电网角度与变频器输出角度的差值,通过调节控制器调整系统给定转速值,达到角度跟踪的效果;采用电网幅值与变频器输出幅值差值,经过调节控制器调整励磁电流的给定,达到幅值跟踪的效果;
S14:当角度差值达到角度第一设定阈值,幅值差达到幅值设定阈值时,将变频器运行模式由矢量控制模式平滑切换至按照电网电压输出的开环控制模式;
S15:当角度差值达到第二设定阈值内保持1s时,进行变切工操作;
第二部分,交流电机负载在工频运行状态下切换至变频器矢量控制模式运行,包含以下步骤:
S21:得到工切变指令后,封锁脉冲,闭合变频器输出接触器KM2;
S22:采集变频输出侧电压信号,并进行信号处理,得到电压幅值、频率和角度信号;
S23:利用电压矢量角计算矢量变换角,将电机电压和电流信号进行解耦处理;
S24:利用实际解耦变量设定矢量控制中相应调节器输出的初值;
S25:断开电网接触器后使能脉冲进入矢量控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,其特征在于:所述S13中,矢量控制模式下的跟踪控制方法具体为:将电网角度θac减去变频器输出电压角度θinv,得到相位差Δθ,通过PI调节器输出补偿矢量控制系统转速环给定转速,调节变频器输出角度趋近电网电压角度;电网幅值Uacm与变频器输出幅值Uinvm之间的幅值差ΔU,经过PI调节器输出调整励磁电流的给定,使变频器输出幅值趋近电网电压幅值。
3.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,其特征在于:所述S14中,将变频器运行模式由矢量控制模式平滑切换至按照电网电压输出的开环控制模式的方法具体为:相位差满足第一设定阈值且幅值差满足幅值设定阈值时,记录当前输出调制度mtemp、幅值差ΔUtemp、电网幅值Uacm_temp、直流母线电压Udc_temp、实际输出电压角度与发送角度指令差thetacomptemp、当前电网与输出相位差thetainit;发送角度和调制度按照下式执行:
θ=θac+thetacomp-detathetainit-detathetaset-thetacomtemp
其中:
thetacomp为外部设定切换时变频器输出超前电网输出的预设角度;
detathetaset为从detathetainit开始,以-detathetainit为目标按线性斜坡变化的调整角度;
调制度线性斜坡改变至目标调制度mgoal
mgoal=(mtemp+ΔUtemp)*(Uacm/Udc)/(Uacm_temp/Udc_temp)。
4.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,其特征在于:所述S23中,忽略定子电阻和漏抗,矢量变换角θtrans等效为电压矢量角θinv-π/2,电压电流信号解耦按照矢量控制模式中的解耦公式进行。
5.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制模式的变频器同步切换方法,其特征在于:所述S24中,设定的初值具体包括:转速环调节器输出初值设为当前解耦转矩电流,无电机电流检测设为0;
励磁电流环励磁给定设为额定励磁电流;
电流环调节器输出初值分别设为当前解耦电压值,输出给定角度指令和调制度指令初值按照矢量控制模式由电流调节器输出进行矢量变换和相应补偿计算后得到。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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