專利名稱：通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
通用變頻器的VVVF (變壓變頻)控制技術(shù)具有對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴小，操作簡單、可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在交流傳動(dòng)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，如果磁通太弱，無法充分利用電機(jī)的鐵心，造成浪費(fèi)；如果磁通過大，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。因此，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)調(diào)速的關(guān)鍵在于保持電機(jī)中每極磁通量Oni為額定值不變。 感應(yīng)電機(jī)定子每相電動(dòng)勢的有效值為其中E1和分別為電機(jī)的相反電動(dòng)勢和頻率，k為一常數(shù)。上式也可以寫為Om=k' E1A1，其中k' =l/k，當(dāng)保持E1和之比(即E1A1)為常數(shù)時(shí)，即可保持恒磁通調(diào)速。然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是難以直接測量與控制的，當(dāng)電動(dòng)勢較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降(簡稱定子壓降)，而采用相電壓V1來近似代替E1,即保持V1A1為常數(shù)；低頻時(shí)，由于'與￡1都較小，定子漏磁阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能忽略，這時(shí)就需要人為的把相電壓V1抬高，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。實(shí)際應(yīng)用中，由于負(fù)載大小不同，所需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，如果補(bǔ)償值不準(zhǔn)確，很容易造成過補(bǔ)償或者欠補(bǔ)償，進(jìn)而造成過流或者過載等故障。常用的提高通用變頻器啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，改善低頻帶載能力并對(duì)定子壓降進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕?)矢量補(bǔ)償；2)標(biāo)量補(bǔ)償。矢量補(bǔ)償主要是根據(jù)電機(jī)輸入電壓和輸入電流之間的三角關(guān)系來計(jì)算定子壓降的給定值，從幅值和相角兩方面來修正定子電壓V1，雖然計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，但補(bǔ)償值非常準(zhǔn)確。然而目前實(shí)現(xiàn)的矢量補(bǔ)償方法較亂，缺乏條理性，不易理解、難于實(shí)現(xiàn)。標(biāo)量補(bǔ)償只修正定子電壓矢量的幅值，即V1=EVVb,式中，K是定子反電動(dòng)勢的給定值，由給定頻率fi和壓頻比v/f相乘產(chǎn)生，Vb是電壓幅值的補(bǔ)償值；而Vb的計(jì)算方法有很多，例如取Vb = I1R1，這種方式很容易導(dǎo)致過補(bǔ)償；?。?3 = IdR1，其中id為基于有功電流的分量，這種補(bǔ)償方式很不準(zhǔn)確，時(shí)常處于過補(bǔ)償與欠補(bǔ)償兩種邊緣狀態(tài)；取\ = IlqR1,其中ilq是定子電流解耦后的轉(zhuǎn)矩電流，此法雖然能提高電機(jī)的低頻帶載能力，但需要通過轉(zhuǎn)子磁鏈定向來實(shí)現(xiàn)電流的解耦，同時(shí)對(duì)電機(jī)參數(shù)敏感，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了 VVVF控制簡單、可靠、低成本的范疇。綜上所述，現(xiàn)有的提高通用變頻器啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，改善低頻帶載能力，對(duì)定子壓降進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄆ毡榇嬖陔y于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算復(fù)雜、容易發(fā)生過補(bǔ)償與欠補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)上述提高變頻器啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)對(duì)定子壓降補(bǔ)償?shù)姆椒y于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算復(fù)雜、容易發(fā)生過補(bǔ)償與欠補(bǔ)償?shù)膯栴}，提供一種通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)，包括使用補(bǔ)償電壓值Vb補(bǔ)償定子壓降的壓降補(bǔ)償單元；該系統(tǒng)還包括參考電壓獲取單元、電流采樣單元、余角計(jì)算單元以及補(bǔ)償電壓計(jì)算單元；其中所述參考電壓獲取單元，用于獲取參考輸出電壓;所述電流采樣單元，用于采樣電機(jī)相電流；所述余角計(jì)算單元，用于根據(jù)采樣電機(jī)相電流計(jì)算合成電流的相位0 I與合成電流的有效值I1，并根據(jù)所述合成電流的相位Q1、補(bǔ)償后輸出電壓的相位角ev、固定反電動(dòng)勢的角度ej+算反電動(dòng)勢與電流夾角的余角0 Err ;所述補(bǔ)償電壓計(jì)算單元，用于根據(jù)所述合成電流的有效值I1、參考輸出電壓E*!以及反電動(dòng)勢與電流夾角的余角0E 計(jì)算補(bǔ)償后的輸出電壓垂直于反電動(dòng)勢方向的分量^以及得到補(bǔ)償后的輸出電壓沿反電動(dòng)勢方向的分量vy，并根據(jù)補(bǔ)償后輸出電 壓的兩個(gè)分量Vx與Vy及參考輸出電壓計(jì)算補(bǔ)償后輸出電壓的相位角Q V和補(bǔ)償電壓值\。
在本發(fā)明所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)中，所述采樣單元采樣電機(jī)定子兩相電流Iu與Iv ;所述余角計(jì)算單元包括定子電壓矢量角計(jì)算子單元、勵(lì)磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算子單元、合成電流計(jì)算子單元、功率因數(shù)角計(jì)算子單元、反電動(dòng)勢與電流的夾角計(jì)算子單元以及反電動(dòng)勢與電流夾角的余角計(jì)算子單元；其中所述定子電壓矢量角計(jì)算子單元，用于根據(jù)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行頻率計(jì)算定子電壓矢量角e i = / 2 flClt ;所述勵(lì)磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算子單元，用于通過坐標(biāo)變換公式計(jì)算電流的勵(lì)磁分量Im與轉(zhuǎn)矩分量It
權(quán)利要求
1.一種通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)，包括使用補(bǔ)償電壓值K補(bǔ)償定子壓降的壓降補(bǔ)償單元；其特征在于該系統(tǒng)還包括參考電壓獲取單元、電流采樣單元、余角計(jì)算單元以及補(bǔ)償電壓計(jì)算單元；其中所述參考電壓獲取單元，用于獲取參考輸出電壓;所述電流采樣單元，用于采樣電機(jī)相電流；所述余角計(jì)算單元，用于根據(jù)采樣的電機(jī)相電流計(jì)算合成電流的相位朽與合成電流的有效值^，并根據(jù)所述合成電流的相位務(wù)、補(bǔ)償后輸出電壓的相位角斗、固定反電動(dòng)勢的角度各計(jì)算反電動(dòng)勢與電流夾角的余角I ;所述補(bǔ)償電壓計(jì)算單元，用于根據(jù)所述合成電流的有效值i參考輸出電壓以及反電動(dòng)勢與電流夾角的余角 計(jì)算補(bǔ)償后的輸出電壓垂直于反電動(dòng)勢方向的分量K以及補(bǔ)償后的輸出電壓沿反電動(dòng)勢方向的分量G，并根據(jù)補(bǔ)償后輸出電壓的兩個(gè)分量I 與6及參考輸出電壓計(jì)算補(bǔ)償后輸出電壓的相位角&r和補(bǔ)償電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)，其特征在于所述采樣單元采樣電機(jī)定子兩相電流4與所述余角計(jì)算單元包括定子電壓矢量角計(jì)算子單元、勵(lì)磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算子單元、合成電流計(jì)算子單元、功率因數(shù)角計(jì)算子單元、反電動(dòng)勢與電流的夾角計(jì)算子單元以及反電動(dòng)勢與電流夾角的余角計(jì)算子單元；其中所述定子電壓矢量角計(jì)算子單元，用于根據(jù)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行頻率J1計(jì)算定子電壓矢量角民=J;所述勵(lì)磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算子單元，用于通過坐標(biāo)變換公式計(jì)算電流的勵(lì)磁分量4與轉(zhuǎn)矩分量 所述合成電流計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述電流的勵(lì)磁分量4與轉(zhuǎn)矩分量A計(jì)算合成電流的相位^ =J以及合成電流有效值Z1 =扎2 + It2 ;所述功率因數(shù)角計(jì)算子單元，用于計(jì)算功率因數(shù)角&所述務(wù)由上一次補(bǔ)償電壓值計(jì)算中獲得或?yàn)槌跏贾盗悖凰龇措妱?dòng)勢與電流的夾角計(jì)算子單元，用于根據(jù)固定反電動(dòng)勢的角度^ = 9015計(jì)算反電動(dòng)勢與電流的夾角~ ^SY + ^，其中沒FV = Sm - Bw ,所述補(bǔ)償后輸出電壓的相位角氣由上一次補(bǔ)償電壓值計(jì)算中獲得或?yàn)槌跏贾盗悖凰龇措妱?dòng)勢與電流夾角的余角計(jì)算子單元，用于計(jì)算反電動(dòng)勢與電流夾角的余角。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)，其特征在于所述補(bǔ)償電壓計(jì)算單元包括定子壓降計(jì)算子單元、補(bǔ)償分量計(jì)算子單元、輸出電壓計(jì)算子單元、輸出相位角計(jì)算子單元以及補(bǔ)償電壓計(jì)算子單元；所述定子壓降計(jì)算子單元，用于根據(jù)合成電流的有效值計(jì)算定子壓降= 巧，其中巧為定子電阻；所述補(bǔ)償分量計(jì)算子單元，用于將定子壓降分解為沿反電動(dòng)勢方向的分量^ = ^和垂直反電動(dòng)勢方向的分量，并將所述參考輸出電壓與定子壓降沿反電動(dòng)勢方向的分量相疊加得到補(bǔ)償后的輸出電壓沿反電動(dòng)勢方向的分量6 = sm ^ ,及將所述定子壓降垂直反電動(dòng)勢方向的分量/直接作為補(bǔ)償后的輸出電壓垂直于反電動(dòng)勢方向的分量；所述輸出相位角計(jì)算子單元，用于根據(jù)補(bǔ)償后輸出電壓的兩個(gè)分量G與^計(jì)算補(bǔ)償后輸出電壓的相位角各=arctg(Ff/Fx);所述補(bǔ)償電壓計(jì)算子單元，用于根據(jù)補(bǔ)償后輸出電壓的兩個(gè)分量G與匕及參考輸出電壓計(jì)算補(bǔ)償電壓值G = K ,其中
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)，其特征在于所述參考輸出電壓為=J1ltrF// ,其中F//為壓頻比，力為電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)，其特征在于所述壓降補(bǔ)償單元、電流采樣單元、余角計(jì)算單元以及補(bǔ)償電壓計(jì)算單元每0. 1-0. 5秒執(zhí)行一次。
6.一種通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升方法，其特征在于包括以下步驟 (a)獲取參考輸出電壓S1； (b)采樣電機(jī)相電流，并根據(jù)采樣的相電流計(jì)算合成電流的相位朽與合成電流的有效值4，及根據(jù)所述合成電流的相位務(wù)、補(bǔ)償后輸出電壓的相位角4、固定反電動(dòng)勢的角度 計(jì)算反電動(dòng)勢與電流夾角的余角&STT ； (C)根據(jù)所述合成電流的有效值4、參考輸出電壓Y1以及反電動(dòng)勢與電流夾角的余角I.計(jì)算補(bǔ)償后的輸出電壓垂直于反電動(dòng)勢方向的分量C以及補(bǔ)償后的輸出電壓沿反電動(dòng)勢方向的分量^并根據(jù)補(bǔ)償后輸出電壓的兩個(gè)分量G與I及參考輸出電壓I1計(jì)算補(bǔ)償后輸出電壓的相位角^和補(bǔ)償電壓值G ; Cd)根據(jù)所述補(bǔ)償電壓值K補(bǔ)償定子壓降。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升方法，其特征在于所述步驟(b)包括 (bl)采樣定子兩相電流4與各，并根據(jù)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行頻率J1計(jì)算定子電壓矢量角
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升方法，其特征在于所述步驟(c)包括 (Cl)根據(jù)合成電流的有效值4計(jì)算定子壓降G1 =^ ，其中A為定子電阻； (c2)將定子壓降分解為沿反電動(dòng)勢方向的分量^ =匕l(fā)Sm和垂直反電動(dòng)勢方向的分量 K = C0S ； (C3)將參考輸出電壓5\與定子壓降沿反電動(dòng)勢方向的分量相疊加，得到補(bǔ)償后的輸出電壓沿反電動(dòng)勢方向的分量& = f7SiSiriBsfr +E !，并將所述定子壓降垂直反電動(dòng)勢方向的分量G直接作為補(bǔ)償后的輸出電壓垂直于反電動(dòng)勢方向的分量； (c4)根據(jù)補(bǔ)償后輸出電壓的兩個(gè)分量G與匕計(jì)算補(bǔ)償后輸出電壓的相位角Bv^arctgiVySV,)和補(bǔ)償后輸出電壓的幅值G +f，并計(jì)算補(bǔ)償電壓值為W S'。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升方法，其特征在于所述參考輸出電壓為
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升方法，其特征在于所述步驟(b)_ (d)每0. 1-0. 5秒執(zhí)行一次。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通用變頻器轉(zhuǎn)矩提升系統(tǒng)，包括使用補(bǔ)償電壓值Vb補(bǔ)償定子壓降的壓降補(bǔ)償單元；該系統(tǒng)還包括參考電壓獲取單元、電流采樣單元、余角計(jì)算單元以及補(bǔ)償電壓計(jì)算單元；其中所述參考電壓獲取單元用于獲取參考輸出電壓E*1；所述電流采樣單元用于采樣電機(jī)相電流；所述余角計(jì)算單元用于計(jì)算反電動(dòng)勢與電流夾角的余角θErr；所述補(bǔ)償電壓計(jì)算單元用于計(jì)算補(bǔ)償電壓值Vb。本發(fā)明還提供一種對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩提升方法。本發(fā)明通過采樣輸入電流，并利用輸入電壓和輸入電流之間的三角關(guān)系獲取精確的電壓補(bǔ)償值，并用該補(bǔ)償值補(bǔ)償定子壓降，從而保持定子調(diào)速時(shí)磁通恒定。
文檔編號(hào)H02P27/04GK102751941SQ20121021856
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者陳自強(qiáng) 申請人:深圳市匯川技術(shù)股份有限公司, 蘇州匯川技術(shù)有限公司, 蘇州默納克控制技術(shù)有限公司