CN203491944U - 一种异步电机矢量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种异步电机矢量控制装置，包括整流模块，网侧电压检测模块、整流控制模块、整流模块依次相连，整流模块与逆变模块、直流电压检测模块相连，直流电压检测模块与逆变控制模块相连，逆变模块与异步电机、状态变量检测模块、输出电流检测模块、输出电压检测模块相连，状态变量检测模块与逆变控制模块相连，输出电流检测模块分别与逆变控制模块、矢量控制模块相连，输出电压检测模块与矢量控制模块相连，转速检测模块的输入端与异步电机相连，输出端与矢量控制模块相连，所述矢量控制模块与逆变控制模块相连。本实用新型具有原理简单、成本低、控制精度高、动态性能好的优点，可大大提高控制系统的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种异步电机矢量控制装置，特别涉及一种基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机矢量控制装置。
背景技术
变频调速目前已成为交流调速发展的主流，而作为其核心装置的变频器更是成为研究的重点。目前在交流传动领域采用的变频器主要为“交直交双PWM变流器”的结构形式，该结构虽具有网侧功率因数高、谐波含量小、可四象限运行等特点，但同时也由于其直流侧存在大容量滤波电容及输入输出侧存在滤波电抗器等而造成装置体积大、成本高、寿命短等不足，为变频器的推广应用带来了不利的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种成本低、性能好的异步电机矢量控制装置。
本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种异步电机矢量控制装置，包括整流模块、逆变模块、整流控制模块、逆变控制模块、矢量控制模块和转速检测模块，所述整流模块的输入端与网侧电压检测模块的输入端相连，网侧电压检测模块的输出端与整流控制模块的输入端相连，整流控制模块的输出端与整流模块相连，所述整流模块的输出端与逆变模块的输入端、直流电压检测模块的输入端相连，直流电压检测模块的输出端与逆变控制模块的输入端相连，逆变模块的输出端与异步电机、状态变量检测模块的输入端、输出电流检测模块的输入端、输出电压检测模块的输入端相连，状态变量检测模块的输出端与逆变控制模块相连，输出电流检测模块的输出端分别与逆变控制模块、矢量控制模块相连，输出电压检测模块的输出端与矢量控制模块相连，所述转速检测模块的输入端与异步电机相连，输出端与矢量控制模块相连，所述矢量控制模块与逆变控制模块、转速给定模块、参数设置模块相连。
本实用新型的技术效果在于：本实用新型具有原理简单、成本低、控制精度高、动态性能好的优点，可大大提高基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机矢量控制系统的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型的Buck-Boost矩阵变换器拓扑结构。
图3为本实用新型中电容电压控制外环的原理框图。
图4为本实用新型中电感电流控制内环的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型包括整流模块、逆变模块、整流控制模块、逆变控制模块、矢量控制模块和转速检测模块，所述整流模块的输入端与网侧电压检测模块的输入端相连，网侧电压检测模块的输出端与整流控制模块的输入端相连，整流控制模块的输出端与整流模块相连，所述整流模块的输出端与逆变模块的输入端、直流电压检测模块的输入端相连，直流电压检测模块的输出端与逆变控制模块的输入端相连，逆变模块的输出端与异步电机、状态变量检测模块的输入端、输出电流检测模块的输入端、输出电压检测模块的输入端相连，状态变量检测模块的输出端与逆变控制模块相连，输出电流检测模块的输出端分别与逆变控制模块、矢量控制模块相连，输出电压检测模块的输出端与矢量控制模块相连，所述转速检测模块的输入端与异步电机相连，输出端与矢量控制模块相连，所述矢量控制模块与逆变控制模块、转速给定模块、参数设置模块相连。
参见图2，Buck-Boost矩阵变换器的逆变级是由三个结构相同的Buck-Boost DC/DC变换器构成，因而其控制系统将针对每相Buck-Boost DC/DC变换器构建一个单独的控制单元，每个控制单元又包括分别针对电容电压与电感电流的两个控制闭环。鉴于其中电容电压因与Buck-Boost矩阵变换器的输出电压直接相关联（电容电压的交流分量即为Buck-Boost矩阵变换器要求输出的交流电压），对其进行有效的控制可使Buck-Boost矩阵变换器的输出电压实现对其参考输入的准确跟踪，因而将其作为控制外环；而电感在Buck-Boost矩阵变换器中起中间能量传输作用，对其电流进行直接控制可有效提高系统的可靠性及动态性能，故将其作为控制内环；然而这两个控制闭环的控制对象都是Buck-Boost DC/DC变换器，只是对其中的两个状态变量分别进行闭环控制而已，且对这两个状态变量的控制都是通过改变变换器中功率开关的占空比（即导通时间）来实现；其控制关系在于，通过电容电压控制外环来确定电感电流的参考值，再通过电感电流控制内环改变占空比，从而达到使电容电压与电感电流均按其参考值变化，实现这两个状态变量对其参考值的准确跟踪。
参见图3，图3为本实用新型Buck-Boost矩阵变换器的电容电压控制外环原理图。该控制环的作用在于通过确定电感电流控制内环的参考值，并由该参考值经限幅后作用于控制内环，进而通过改变占空比d1来调节电感电流和电容电压，使电容电压按设定的参考值变化，从而达到控制输出电压的目的。
其中电容电压的参考值由矢量控制模块确定，其基本原理是：矢量控制模块根据异步电机的转速给定，同时通过检测该电机的实际转速与定子电流的实际值，并结合该电机的额定转速、额定转子磁链以及额定定子电压幅值等参数，应用矢量控制原理得到该异步电机定子电压的给定值，并以该电压给定幅值的1.5倍作为直流偏置，再与该电压给定信号进行叠加得到电容电压的参考值uC1ref。
将电容电压的参考值uC1ref与其实际值uC1进行比较，其偏差经PID运算后得到电容电流的参考值iC1ref，再通过检测Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压其逆变模块的输出电流i1以及电容电压实际值uC1，由公式：
即可计算出电感电流的参考值iL1ref。将该参考值限幅后即成为电感电流控制内环的控制参考值（限幅的目的在于避免电感电流出现异常值）。
参见图4，图4为本实用新型Buck-Boost矩阵变换器的电感电流控制内环原理图。该控制环由于通过对电感电流的直接控制而达到了提高系统可靠性的目的。其控制原理是：将由电容电压控制外环产生的电感电流参考值iL1ref与其实际值iL1进行比较，其偏差经PID运算得到电感电压的参考值uL1ref，再根据公式
即可计算出占空比d1，控制器根据该占空比d1及相应的开关周期输出控制信号控制Buck-Boost DC-DC变换器中对应功率开关的开通时间，从而调节电容电压使其按确定的参考值变化，由此在Buck-Boost矩阵变换器输出端获得与其参考输入基本一致的输出电压，从而实现异步电机的实际转速对其给定转速的准确跟踪，达到对异步电机进行变频调速控制的目的。图中对占空比进行限幅的目的也在于避免电感电流出现异常值。
Claims (1)
1.一种异步电机矢量控制装置，其特征在于：包括整流模块、逆变模块、整流控制模块、逆变控制模块、矢量控制模块和转速检测模块，所述整流模块的输入端与网侧电压检测模块的输入端相连，网侧电压检测模块的输出端与整流控制模块的输入端相连，整流控制模块的输出端与整流模块相连，所述整流模块的输出端与逆变模块的输入端、直流电压检测模块的输入端相连，直流电压检测模块的输出端与逆变控制模块的输入端相连，逆变模块的输出端与异步电机、状态变量检测模块的输入端、输出电流检测模块的输入端、输出电压检测模块的输入端相连，状态变量检测模块的输出端与逆变控制模块相连，输出电流检测模块的输出端分别与逆变控制模块、矢量控制模块相连，输出电压检测模块的输出端与矢量控制模块相连，所述转速检测模块的输入端与异步电机相连，输出端与矢量控制模块相连，所述矢量控制模块与逆变控制模块、转速给定模块、参数设置模块相连。
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|---|---|---|---|---|
| CN103475298A (zh) * | 2013-09-30 | 2013-12-25 | 湖南科技大学 | 一种异步电机矢量控制装置及方法 |
| CN104734532A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-24 | 湖南科技大学 | 一种Buck-Boost矩阵变换器的复合控制方法及其装置 |
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| CN104734532A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-24 | 湖南科技大学 | 一种Buck-Boost矩阵变换器的复合控制方法及其装置 |
| CN104734532B (zh) * | 2015-03-25 | 2017-10-31 | 湖南科技大学 | 一种Buck‑Boost矩阵变换器的复合控制方法及其装置 |
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