CN203135786U - 一种转差频率控制变频驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种转差频率控制变频驱动系统，该包括：主控制器电路与电压型逆变器；所述主控制器电路包括：DSP或者单片机，信号采样电路、故障检测电路、光纤通讯电路、前/后桥驱动电路和外围采样线路及驱动线路；其中，所述DSP或者单片机采用带有电流闭环的转差频率控制结构进行运算控制，调节输出电压控制指令信号，从而实现对交流异步电机平稳调速以及对电机电流的控制。采用本实用新型不但适用于对电机电流要求严格的场景，而且有效改进了电机调速的性能。

Description

一种转差频率控制变频驱动系统
技术领域
本实用新型涉及交流异步电机调速技术领域，尤其涉及一种转差频率控制变频驱动系统。
背景技术
传统转差频率控制变频驱动系统的控制原理框图如图1所示。转速指令值ω*与转速反馈值ω相减的差值进入转速控制器ASR，计算得到转差指令信号ωs *，ωs *再与转速反馈值ω相加，得到频率控制信号ω1 *；频率控制信号ω1 *与电机定子电流采样信号Is进入Us=f(ω1,Is)函数，计算得到电压控制信号Us *；频率控制信号ω1 *与电压控制信号Us *经过PWM调制得到三相电压开关信号(Usa *,Usb *,Usc *)，开关信号控制电压型逆变器，最终驱动交流异步电机调速运行。
上述Us=f(ω1,Is)函数关系式，见式（1）。
Us=f(ω1,Is)=Is(Rs+jω1Ls)+Eg——————（1）
其中，Rs——————电机定子电阻
Ls——————电机定子电感
Eg——————电机感应电动势
ω1——————电机定子电压频率角速度
Is——————电机定子电流
从上述的原理分析中，可以看出：传统转差频率控制结构，虽然引入了电流采样信号，但只是用于代入Us=f(ω1,Is)函数计算电压控制信号，并没有形成电流闭环。因而，无法在电机启动以及调速过程中对电流进行控制，也就无法从根本上避免电流失控甚至过流的情况，从而在许多对电流要求较为严格的场合，其应用受到限制；并且，由于控制结构中电流控制环的缺失，一定程度上影响了电机调速的动态性能。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种转差频率控制变频驱动系统。为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
本实用新型提供的一种转差频率控制变频驱动系统，包括：主控制器电路与电压型逆变器；所述主控制器电路包括：DSP或者单片机，信号采样电路、故障检测电路、光纤通讯电路、前/后桥驱动电路和外围采样线路及驱动线路；其特征在于，所述DSP或者单片机采用带有电流闭环的转差频率控制结构进行运算控制，调节输出电压控制指令信号，从而实现对交流异步电机平稳调速以及对电机电流的控制。
本实用新型采用的一种转差频率控制变频驱动系统，通过所述DSP或者单片机采用转差频率控制结构进行运算控制；该控制结构采用了电流闭环结构，调节输出电压控制指令信号，从而实现对交流异步电机平稳调速以及对电机电流的有效控制。因此，本实用新型所采用的转差频率控制变频驱动系统在对电机电流要求严格的场合也能够可靠应用，这样，既拓展了该转差频率控制变频驱动系统的应用，又有效改进了电机调速的性能，同时并不额外增加成本。
附图说明
图1为现有技术中转差频率控制变频驱动系统的控制原理框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种转差频率控制变频驱动系统结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种转差频率控制结构的原理框图；
图4为本实用新型实施例提供的一种应用本实用新型单元转差频率控制结构的串联高压变频器的主拓扑结构；
图5为现有传统转差频率控制变频驱动系统调速曲线图；
图6为本实用新型实施例提供的一种转差频率控制变频驱动系统的调速曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例提供的一种转差频率控制变频驱动系统进行详细描述。
如图2所示，为本实用新型提供的一种转差频率控制变频驱动系统；该系统包括：主控制器电路与电压型逆变器；所述主控制器电路包括：DSP或者单片机，信号采样电路、故障检测电路、光纤通讯电路、前/后桥驱动电路和外围采样线路及驱动线路；其特征在于，所述DSP或者单片机采用带有电流闭环的转差频率控制结构进行运算控制，调节输出电压控制指令信号，从而实现对交流异步电机平稳调速以及对电机电流的控制。
其中，所述转差频率控制结构如图3所示；该控制结构包括：转速调节单元301，函数运算单元302，信号运算单元303，电流调节单元304和脉宽调制单元305；
所述转速调节单元，用于对给定转速指令信号
Figure BDA00002619273000031
与电机经转速传感器测量的实际转速信号ωr相减的信号进行处理，并将处理后得到的转矩电流指令信号
Figure BDA00002619273000032
输出；
所述函数运算单元，用于将接收到的所述转矩电流指令信号与励磁电流指令信号
Figure BDA00002619273000034
进行函数运算，获取电机定子电流幅值指令信号
Figure BDA00002619273000035
以及转差指令信号
Figure BDA00002619273000036
所述信号运算单元，用于将所述电机定子电流幅值指令信号
Figure BDA00002619273000037
与从电机采样测量得到的定子电流幅值Is相减后的信号发送给所述电流调节单元；并用于将所述转差指令信号
Figure BDA00002619273000038
加上实际转速ωr与p的乘积，得到角速度指令信号ω*，并将所述角速度指令信号ω*发送给所述脉宽调制单元；其中，p为负载电机极对数；
所述电流调节单元，用于将所述接收到的信号进行电流调节处理，输出电压控制指令信号U*；
所述脉宽调制单元，用于将所述频率控制信号ω*与所述电压控制信号U*经过脉宽调制得到三相电压开关信号
Figure BDA00002619273000041
所述开关信号
Figure BDA00002619273000042
控制所述电压型逆变器，最终驱动交流异步电机调速运行。
需要说明的是，所述函数运算单元包括：第一控制运算函数Fcn1和第二控制运算函数Fcn2；
Figure BDA00002619273000043
为所述第一控制运算函数Fcn1；
为所述第二控制运算函数Fcn2；
其中，Tr为负载电机的转子时间常数。
下面以单元串联型高压变频器结构为例，对以上本实用新型进行详细说明。如图4所示为单元串联高压变频器的主拓扑结构。所述单元串联高压变频器主要由移相变压器、功率单元和主控制器构成，移相变压器采用延边三角形绕法，可有效滤除输入电流谐波，对电网侧不产生谐波污染；移相变压器副边侧多绕组分别为各功率单元供电，使各功率单元的输入电源相互隔离；各相的多个功率单元输出侧直接串联起来，最终形成三相平衡的高电压输出，输出电压规格与每相串联的功率单元个数以及各功率单元母线电压大小有关，视实际需求而定，一般多为6kV或者10kV；主控制器完成对高压变频逆变输出的控制运算、相关信号的采样（包括电机转速、系统输出电流等）及故障处理和控制命令下发等工作。
在本实用新型专利实例中，图3所示的控制结构原理框图即由图4所示的主控制器完成。
图2为图4所示主控制器电路结构图，其主要由进行控制运算及处理的DSP或者单片机，以及周边电路包括信号采样电路、故障检测电路、光纤通讯电路组成。信号采样电路对电机转速、输出电流等信息进行采样，并分别送入DSP或者单片机和故障检测电路中；故障检测电路对功率单元的过电压、过热、驱动等故障进行实时检测，并将相应故障信号送入DSP或单片机中；光纤通讯电路主要负责两个职能：1）从各功率单元控制电路接收上传的故障信息等，以便其进行相应处理；2）从系统主控制器下发各单元后端IGBT单相H桥的PWM开关信号，以及其他控制信息；DSP或者单片机根据实时采样的信息进行转差频率控制运算（如图3所示控制结构），并将运算结果处理变换为开关信号，并完成故障处理以及通讯处理。
图5和图6分别为传统转差频率控制变频驱动系统调速曲线和本实用新型专利提出的转差频率控制变频驱动系统调速曲线，该调速过程是0s给定转速瞬间给至100rad/s时，两个驱动系统拖动电机的定子电流、转速和电磁转矩的变化曲线波形，曲线图从上向下依次为电机定子电流波形、电机转速、电机电磁转矩。
从图5与图6的波形对比，可以看出，本实用新型专利提出的新型转差频率控制系统，调速过程更平稳，动态响应更快，电流和电磁转矩在调速过程中也更稳定一些。
以上所述负载电机的转子时间常数依据实际测量或者估算获得。
本实用新型采用的一种转差频率控制变频驱动系统，通过所述DSP或者单片机采用转差频率控制结构进行运算控制；该控制结构采用了电流闭环结构，调节输出电压控制指令信号，从而实现对交流异步电机平稳调速以及对电机电流的有效控制。因此，本实用新型所采用的转差频率控制变频驱动系统在对电机电流要求严格的场合也能够可靠应用，这样，既拓展了该转差频率控制变频驱动系统的应用，又有效改进了电机调速的性能，同时并不额外增加成本。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种转差频率控制变频驱动系统，包括：主控制器电路与电压型逆变器；所述主控制器电路包括：DSP或者单片机，信号采样电路、故障检测电路、光纤通讯电路、前/后桥驱动电路和外围采样线路及驱动线路；其特征在于，所述DSP或者单片机采用带有电流闭环的转差频率控制结构，所述转差频率控制结构包括：转速调节单元，函数运算单元，信号运算单元，电流调节单元和脉宽调制单元； 
所述转速调节单元，用于对给定转速指令信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300011
与电机经转速传感器测量的实际转速信号ωr相减的信号进行处理，并将处理后得到的转矩电流指令信号 输出； 
所述函数运算单元，用于将接收到的所述转矩电流指令信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300013
与励磁电流指令信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300014
进行函数运算，获取电机定子电流幅值指令信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300015
以及转差指令信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300016
所述信号运算单元，用于将所述电机定子电流幅值指令信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300017
与从电机采样测量得到的定子电流幅值Is相减后的信号发送给所述电流调节单元；并用于将所述转差指令信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300018
加上实际转速ωr与p的乘积，得到角速度指令信号ω*，并将所述角速度指令信号ω*发送给所述脉宽调制单元；其中，p为负载电机极对数； 
所述电流调节单元，用于将所述接收到的信号进行电流调节处理，输出电压控制指令信号U*； 
所述脉宽调制单元，用于将所述频率控制信号ω*与所述电压控制信号U*经过脉宽调制得到三相电压开关信号
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300019
所述开关信号
Figure DEST_PATH_FDA000031795753000110
控制所述电压型逆变器，最终驱动交流异步电机调速运行。 
2.根据权利要求1所述的转差频率控制变频驱动系统，其特征在于，所述函数运算单元包括：第一控制运算函数Fcn1和第二控制运算函数Fcn2； 
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300021
为所述第一控制运算函数Fcn1； 
Figure DEST_PATH_FDA00003179575300022
为所述第二控制运算函数Fcn2； 
其中，Tr为负载电机的转子时间常数。 
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CN104639009A (zh) * 2013-11-11 2015-05-20 北京动力源科技股份有限公司 一种矢量控制型变频器的控制方法、装置和一种矢量控制型变频器
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