變頻驅動系統的製作方法

2023-10-04 00:00:19 2

本發明涉及變頻驅動技術領域，具體而言，涉及一種變頻驅動系統。

背景技術：

壓縮機是一種將低壓氣體提升為高壓氣體的從動的流體機械，而壓縮機工作需要電機的帶動。

而在現有的驅動系統中，直流母線電壓通常會有波動，而為保證電機可以穩定運行，大多是通過採用在直流端並聯較大的電解電容的方案，而這會導致變頻外機主板體積大，重量大，由於電解電容使用壽命短，導致控制整體壽命縮短，成本高；此外，由於使用大電解電容，導致上電瞬間存在較大的充電電流，需要設計充電控制電路，造成外機主板零部件多，成本高。

同時，為了保持輸入電流諧波滿足標準要求，必須使用功率因數校正電路，造成整個電路器件偏多，損耗偏大，拓撲結構複雜，成本高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種變頻驅動系統，以使得外機主板的體積更小，重量更輕，使用壽命更長。

為了實現上述目的，本發明實施例採用的技術方案如下：

本發明實施例提供了一種變頻驅動系統，所述變頻驅動系統包括：電路參數採集模塊、驅動模塊、控制模塊以及電機，所述驅動模塊、所述電路參數採集模塊及所述控制模塊依次電連接，所述驅動模塊與所述控制模塊及所述電機均電連接；

所述電路參數採集模塊用於採集所述驅動模塊中的電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓以及輸入至所述電機的相電流，並將所述電源輸入電流、所述電源輸入電壓、所述母線電壓及所述相電流傳輸至所述控制模塊；

所述控制模塊用於依據所述電源輸入電流、所述電源輸入電壓、所述母線電壓、所述相電流及預設定的電機轉速參考值生成脈寬調製信號，並將所述脈寬調製信號傳輸至所述驅動模塊；

所述驅動模塊用於依據所述脈寬調製信號控制所述電機運轉。

進一步地，所述控制模塊用於依據所述電源輸入電流、所述電源輸入電壓、所述母線電壓、所述相電流及預設定的電機轉速參考值計算q軸電壓給定量及d軸電壓給定量，並依據所述q軸電壓給定量及所述d軸電壓給定量生成脈寬調製信號，並將所述脈寬調製信號傳輸至所述驅動單元。

進一步地，所述控制模塊用於依據所述相電流及預設定的d軸電流參考量計算所述d軸電壓給定量。

進一步地，所述控制模塊用於通過算式ud＝kp1*(id_ref-id)+ki1*∫(id_ref-id)dt計算所述d軸電壓給定量，其中，ki5為預設定的d軸電流參考量，id為d軸轉矩電流，ud為d軸電壓給定量，kp1為預設定的第一比例係數，ki1為預設定的第一積分係數。

進一步地，所述控制模塊用於依據所述電源輸入電流、所述電源輸入電壓、所述母線電壓、所述相電流及所述預設定的電機轉速參考值計算所述q軸電壓給定量。

進一步地，所述控制模塊用於依據所述相電流計算q軸轉矩電流及依據所述電源輸入電流、所述電源輸入電壓、所述母線電壓、所述相電流及所述預設定的電機轉速參考值計算q軸轉矩電流給定量；

並通過算式uq＝kp2*(iq_ref-iq)+ki2*∫(iq_ref-iq)dt計算所述q軸電壓給定量，其中，iq_ref為所述q軸轉矩電流給定量，iq為所述q軸轉矩電流，uq為所述q軸電壓給定量，kp2為預設定的第二比例係數，ki2為預設定的第二積分係數。

進一步地，所述控制模塊用於依據所述電源輸入電流、所述電源輸入電壓、所述相電流及所述預設定的電機轉速參考值計算母線電壓參考值；

並通過算式iq_ref_0＝kp3*(udc_ref-udc)+ki3*∫(udc_ref-udc)dt計算所述q軸轉矩電流參考量，其中，udc_ref為所述母線電壓參考值，udc為所述母線電壓，kp3為預設定的第三比例係數，ki3為預設定的第三積分係數。

進一步地，所述控制模塊用於依據所述電源輸入電流、所述相電流及所述預設定的電機轉速參考值計算交流電參考值；

並通過算式ul_ref＝kp4*(iac_ref-iac)+ki4*∫(iac_ref-iac)dt計算電感電壓參考值，其中，iac_ref為所述交流電參考值，iac為所述電源輸入電流，ul_ref為所述電感電壓參考值，kp4為預設定的第三比例係數，ki4為預設定的第三積分係數。

進一步地，所述驅動模塊包括整流電路、薄膜電容以及逆變電路，所述整流電路、所述薄膜電容以及所述逆變電路依次電連接。

進一步地，所述電路參數採集模塊包括電源輸入電流採集單元、電源輸入電壓採集單元、母線電壓採集單元以及相電流採集單元，所述電源輸入電流採集單元、所述電源輸入電壓採集單元以及所述母線電壓採集單元分別與所述控制模塊及驅動模塊電連接，所述相電流採集單元與所述電機電連接；

所述電源輸入電流採集單元用於採集所述電源輸入電流，並將所述電源輸入電流傳輸至所述控制模塊；

所述電源輸入電壓採集單元用於採集所述電源輸入電壓，並將所述電源輸入電壓傳輸至所述控制模塊；

所述母線電壓採集單元用於採集所述母線電壓，並將所述母線電壓傳輸至所述控制模塊；

所述相電流採集單元用於採集所述相電流，並將所述相電流傳輸至所述控制模塊。

本發明實施例提供的一種變頻驅動系統，通過採集電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓、輸入至電機的相電流等參數，並依據上述參數生成脈寬調製信號，接著驅動模塊依據所述脈寬調製信號控制所述電機運轉，從而使得，母線電壓在幅度波動的情況下，電機仍然能夠穩定運行；同時不需要使用傳統的功率因數校正電路便能實現輸入功率因數校正功能，最終使得外機主板的體積更小，重量更輕，使用壽命更長，成本更低。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本發明實施例提供的變頻驅動系統的電路結構框圖。

圖2示出了電路參數採集模塊的功能模塊圖。

圖3示出了驅動模塊的電路結構框圖。

圖4示出了驅動模塊的電路圖。

圖標：100-變頻驅動系統；110-電路參數採集模塊；112-電源輸入電流採集單元；114-電源輸入電壓採集單元；116-母線電壓採集單元；118-相電流採集單元；120-控制模塊；130-驅動模塊；132-電源電路；134-整流電路；136-薄膜電容；138-逆變電路；140-電機。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本發明的描述中，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

實施例

請參閱圖1，示出了本發明實施例提供的變頻驅動系統100電路結構框圖。該變頻驅動系統100包括電路參數採集模塊110、驅動模塊130、控制模塊120以及電機140，驅動模塊130、電路參數採集模塊110及控制模塊120依次電連接，驅動模塊130與控制模塊120及電機140均電連接。

其中，電路參數採集模塊110用於採集電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓以及輸入至電機140的相電流，並將電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓、相電流傳輸至控制模塊120。

請參閱圖2，示出了電路參數採集模塊110的功能模塊圖。電路參數採集模塊110包括電源輸入電流採集單元112、電源輸入電壓採集單元114、母線電壓採集單元116以及相電流採集單元118。其中，電源輸入電流採集單元112、電源輸入電壓採集單元114、母線電壓採集單元116以及相電流採集單元118分別與控制模塊120電連接。

電源輸入電流採集單元112用於採集電源輸入電流，並將電源輸入電流傳輸至控制模塊120。在一種優選的實施例中，電源輸入電流採集單元112為霍爾電流傳感器，與驅動模塊130電連接。

電源輸入電壓採集單元114用於採集電源輸入電壓，並將電源輸入電壓傳輸至控制模塊120。在一種優選的實施例中，電源輸入電壓採集單元114電壓互感器，與驅動模塊130電連接。

母線電壓採集單元116用於採集母線電壓，並將母線電壓傳輸至控制模塊120。

相電流採集單元118用於採集相電流，並將相電流傳輸至控制模塊120。在一種優選的實施例中，相電流採集單元118也為霍爾電流傳感器，與驅動模塊130及電機140均電連接。

控制模塊120用於依據電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓、相電流及預設定的電機轉速參考值生成脈寬調製信號，並將脈寬調製信號傳輸至驅動模塊130。

具體地，控制模塊120用於依據電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓、相電流及預設定的電機轉速參考值計算q軸電壓給定量及d軸電壓給定量，並依據q軸電壓給定量及d軸電壓給定量生成脈寬調製信號，並將脈寬調製信號傳輸至驅動單元。

其中，控制模塊120用於依據相電流及預設定的d軸電流參考量計算d軸電壓給定量，其過程如下：

首先通過u相電流iu以及v相電流iv計算w相電流iw：

iw＝-iu-iv

接著通過u相電流iu、v相電流iv以及w相電流iw計算α軸電流及β軸電流，算式如下所示：

iα＝iu

則q軸轉矩電流的計算公式為：

iq＝iβcosθ-iαsinθ

d軸轉矩電流的計算公式為：

id＝iαcosθ+iβsinθ

其中，θ為電機140轉子永磁體磁鏈的角度，可通過傳統的位置估算算法得出，其計算過程如下：

首先依據下述公式計算反電動勢的d軸分量和q軸分量：

其中，估算角度與實際角度的誤差的計算公式如下：

則電機140轉子永磁體磁鏈的角度由以下算式計算：

θ(n)＝θ(n-1)+δθ

最後，依據d軸轉矩電流及預設定的d軸電流參考量計算d軸電壓給定量：

ud＝kp1*(id_ref-id)+ki1*∫(id_ref-id)dt

其中，id_ref為預設定的d軸電流參考量，id為d軸轉矩電流，ud為d軸電壓給定量，kp1為預設定的第一比例係數，ki1為預設定的第一積分係數。

控制模塊120還用於依據電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓、相電流及預設定的電機轉速參考值計算q軸電壓給定量，其過程如下：

首先，依據電機140轉子永磁體磁鏈的角度計算電壓轉速實際值ωr：

接著依據電壓轉速實際值及預設定的電機轉速參考值計算交流輸入電峰值參考值iac_ref_peak：

iac_ref_peak＝kp5*(ωr_ref-ωr)+ki5*∫(ωr_ref-ωr)dt

其中，ωr_ref為預設定的電機轉速參考值，ωr為電機轉速實際值，kp5為預設定的第五比例係數，ki5為預設定的第五積分係數。

依據電源輸入電流計算輸入電流參考波形值：

iac_waveform_ref＝|iac|

其中，iac為電源輸入電流。

進一步地，依據交流輸入電峰值參考值及輸入電流參考波形值計算交流電參考值iac_ref：

iac_ref＝iac_ref_peak*iac_waveform_ref

其中，iac_ref_peak為交流輸入電峰值參考值，iac_waveform_ref為輸入電流參考波形值。

接著，依據交流電參考值及電源輸入電流計算電感電壓參考值ul_ref：

ul_ref＝kp4*(iac_ref-iac)+ki4*∫(iac_ref-iac)dt

其中，iac_ref為交流電參考值，iac為電源輸入電流，kp4為預設定的第四比例係數，ki4為預設定的第四積分係數。

然後，依據電感電壓參考值及電源輸入電壓計算母線電壓參考值udc_ref：

udc_ref＝uac+ul_ref

其中，uac為所述電源輸入電壓，ul_ref為電感電壓參考值。

同時，還依據母線電壓參考值及母線電壓計算q軸轉矩電流參考量iq_ref_0：

iq_ref_0＝kp3*(udc_ref-udc)+ki3*∫(udc_ref-udc)dt

其中，udc為母線電壓，kp3為預設定的第三比例係數，ki3為預設定的第三積分係數。

進一步地，依據交流電參考值計算前饋補償量iq_comp：

iq_comp＝kp6*iac_ref

其中，iac_ref為交流電參考值，kp6為預設定的第六比例係數。

然後，依據q軸轉矩電流參考量及前饋補償量計算q軸轉矩電流給定量iq_ref：

iq_ref＝iq_ref_0+iq_comp

其中，iq_comp為前饋補償量，iq_ref_0為q軸轉矩電流參考量。

最後，依據q軸轉矩電流給定量及q軸轉矩電流計算q軸電壓給定量uq：

uq＝kp2*(iq_ref-iq)+ki2*∫(iq_ref-iq)dt

其中，iq為q軸轉矩電流，在計算d軸轉矩電流時對其進行了描述；kp2為預設定的第二比例係數，ki2為預設定的第二積分係數，iq_ref為q軸轉矩電流給定量。

控制模塊120還用於依據q軸電壓給定量及d軸電壓給定量生成脈寬調製信號，並將脈寬調製信號傳輸至驅動單元。

具體地，控制模塊120實際上是通過控制輸出至驅動電路的脈衝寬度，從而實現對於驅動電路的控制，從而進一步控制電機140。

因而，首先依據d軸電壓給定量及q軸電壓給定量計算電機140的三相輸出脈寬，計算公式如下所示：

uα＝udcosθ-uqsinθ

uβ＝udsinθ+uqcosθ

uu＝uα

接著依據三相輸出脈寬計算電機140的三相上橋導通佔空比，計算公式如下所示：

驅動模塊130用於依據脈寬調製信號控制電機140運轉。

請參閱圖3，示出了驅動模塊130的電路結構框圖。驅動模塊130包括電源電路132、整流電路134、薄膜電容136以及逆變電路138；其中，電源電路132、整流電路134、薄膜電容136以及逆變電路138依次電連接。

請參閱圖4，示出了驅動模塊130的電路圖。其中，電源電路132為電路提供交流電；整流電路134用於將交流電變換為直流電；薄膜電容136用於過濾經整流電路134整流後仍然存在的交流電；逆變電路138與控制模塊120電連接，用於在脈寬調製信號的控制下，輸出電壓至電機140，實現對電機140的控制。

綜上所述，本發明實施例提供的一種變頻驅動系統，通過採集電源輸入電流、電源輸入電壓、母線電壓、輸入至電機的相電流等參數，並依據上述參數生成脈寬調製信號，接著驅動模塊依據所述脈寬調製信號控制所述電機運轉，從而使得，母線電壓在幅度波動的情況下，電機仍然能夠穩定運行；同時不需要使用傳統的功率因數校正電路便能實現輸入功率因數校正功能，最終使得外機主板的體積更小，重量更輕，使用壽命更長，成本更低。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。