功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術及其裝置的製作方法
2023-12-01 04:16:16
專利名稱：功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力電子技術領域，特別是涉及一種將矢量控制技術應用於串 聯型高壓變頻器的方法和裝置。
背景技術：
目前，功率單元串聯型高壓變頻器，普遍採用的VVVF控制方式，這一控制 方式的動態響應速度慢、低頻輸出轉矩特性差，只能適用於風機、水泵類負載 的變頻調速。
發明內容
本發明的目的是提供一種控制精度高、響應精度快，適用於功率單元串聯 型高壓變頻器的矢量控制技術和採用該技術的功率單元串聯型高壓變頻器。 本發明採用以下技術方案
本發明將採集到電動機的速度數據和電流數據送到高壓變頻器的控制電 路，通過將交流異步電動機的勵磁電流和轉矩電流解耦後分別控制，然後將輸 出數據送到各個功率單元的控制端，使交流電動機獲得直流電動機相似的機械 特性。
在控制電路中，設有速度反饋的閉環控制。
將檢測到電動機的電信號送到控制器中，由控制器控制各個功率單元的輸 出；控制器中採用矢量控制技術對電動機的勵磁分量和轉矩分量進行解耦，分 別控制這兩分量使電動機獲得低速大轉矩。
在電動機的軸上設有速度傳感器，速度傳感器與矢量控制器相連，由此構 成反饋閉環電路。
採用上述技術方案的功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術及其裝 置，可以使驅動的高壓交流電動機在各頻率段獲得與直流電動機相似的輸出轉 矩特性，有效的改善了高壓交流電動機的輸出轉矩特性，該技術為高壓大功率 交流異步電動機的四象限變頻運行提供了解決方案，有效改善了電動機的轉矩 特性。
圖1為本發明的異步電動機的相量圖； 圖2為本發明的矢量控制原理框圖； 圖3為本發明的整體結構原理圖。
具體實施方式
實施例1
一種功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術，將採集的速度數據和電 流數據送到高壓變頻器的控制電路，通過將交流異步電動機的勵磁電流和轉矩 電流解耦後分別控制，然後將輸出數據送到各個功率單元的控制端。
從異步電動機的轉矩公式r二OAc^ ^可以看出，異步電動機的轉矩是由 異步電動機氣隙磁通夂和轉子電流的有功分量/2 5^相互作用產生的。異步 電動機的轉子電流/2的大小取決於功率因數CM^，而功率因數跟電動機的轉 差率有關係。從圖l異步電動機的相量圖可以看出，轉子磁鏈％和轉子電流/2 在相位相差90。，由於磁通和磁鏈成固定的比例關係，所以存在0f ^COSK， 代入轉矩公式可得7^ r》"COS y2= d/2，如果設法保持異步電動機的轉子
磁鏈M恆定，則電機的轉矩T就和轉子電流/2成正比，異步電動機也同樣可以
達到較高的動態調速性能。
如圖1所示，當把三相靜止坐標系下異步電動機的定子電流、電壓和主磁
鏈，變換到以轉子磁鏈定向的二相旋轉坐標系，即M-T坐標系，可實現轉子磁 鏈？/V恆定。M-T坐標系中T軸與M軸正交，M軸取轉子磁鏈K的相量方向，T 軸和電流A的方向相同。
通過數學推導，在M-T坐標系下，定子電流被分解為兩個正交分量厶和/,,， 轉子磁鏈W對厶的響應是一階慣性環節，轉矩T對厶是即時響應，因此將厶, 稱為定子電流的激磁分量，厶,稱為定子電流的轉矩分量。在調速過程中只要設 法保持轉子磁鏈％恆定，就存在轉矩T正比於A，即以通過調節^來控制電 機的輸出轉矩。各功率單元通過移相載波技術形成頻率連續可變相位互差120 度的三相對稱交流電源，該電源可驅動電動機在0 50Hz運轉，這就是單元串 聯型高壓變頻器矢量控制的基本原理。
如圖l、圖2所示，將三相異步電動機在三相坐標系下的定子電流厶、厶、 i;通過三相-二相轉換器的變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流/。、 /e， 再通過轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流/d、 Jq(/d 相當於直流電動機的勵磁電流、即圖1中的厶1; A相當於與轉矩成正比的電樞 電流，即圖1中的/u)，然後再與給定的勵磁電流7>和轉矩電流入*分別相減， 其差值分別經過PI調節後形成同步旋轉坐標系下的直流電壓Vd和Vq， Vd和V。 再經過轉子磁場定向旋轉的反變換，形成兩相靜止坐標系下的直流電壓V。和Ve ， 這兩個直流電壓通過SVPWM後，再經移相控制電路，分別控制每一相的各個功 率單元，從而調節高壓變頻器的三相輸出，控制電動機的運行。矢量控制的實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩 個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈％，然後分解定子電流而獲得轉矩Iq 和磁場L兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。
如圖3所示， 一種為實施該方法的採用矢量控制技術的功率單元串聯型高 壓變頻器，將經過功率單元的電信號送到矢量控制器中，在矢量控制器中採用 矢量技術對速度信號和電流信號進行解耦處理；矢量控制器與各個功率單元相 連。
實施例2
如圖2、圖3所示，本發明中，還可以在控制電路中，增加速度反饋的閉環 控制，以此避免由於輸出波形不穩定而帶來的誤差。
為實施該方法而釆用的矢量控制技術功率單元串聯型高壓變頻器，在電動 機的軸上設有速度傳感器，速度傳感器與矢量控制器相連，由此構成反饋閉環 電路。
其它技術方案與實施例1相同。
權利要求
1、一種功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術，其特徵在於將採集到電動機的速度數據和電流數據送到高壓變頻器的控制電路，通過將交流異步電動機的勵磁電流和轉矩電流解耦後分別控制，然後將輸出數據送到各個功率單元的控制端，使交流電動機獲得直流電動機相似的機械特性。
2、 根據權利要求l所述的功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術，其 特徵在於在所述的控制電路中，設有速度反饋的閉環控制。
3、 一種如權利要求1所述的為實施該方法的採用矢量控制技術的功率單元 串聯型高壓變頻器，其特徵在於將檢測到電動機的電信號送到控制器中，由 控制器控制各個功率單元的輸出；控制器中採用矢量控制技術對電動機的勵磁 分量和轉矩分量進行解耦，分別控制這兩分量使電動機獲得低速大轉矩。
4、 根據權利要求3所述的採用矢量控制的功率單元串聯型高壓變頻器，其特徵在於在電動機的軸上設有速度傳感器，速度傳感器與矢量控制器相連， 由此構成反饋閉環電路。
全文摘要
本發明公開了一種功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術，將採集到電動機的速度數據和電流數據送到高壓變頻器的控制電路，通過將交流異步電動機的勵磁電流和轉矩電流解耦後分別控制，然後將輸出數據送到各個功率單元的控制端，使交流電動機獲得直流電動機相似的機械特性。採用上述技術方案的功率單元串聯型高壓變頻器的矢量控制技術及其裝置，可以使驅動的高壓交流電動機在各頻率段獲得與直流電動機相似的輸出轉矩特性，有效的改善了高壓交流電動機的輸出轉矩特性，該技術為高壓大功率交流異步電動機的四象限變頻運行提供了解決方案，有效改善了電動機的轉矩特性。
文檔編號H02P21/00GK101465617SQ20081004922
公開日2009年6月24日 申請日期2008年2月13日 優先權日2008年2月13日
發明者崔會朋, 皓 張, 張萬忠, 張敬葉, 張福貴, 輝 趙, 趙禧林 申請人:焦作市明株自動化工程有限責任公司