專利名稱：一種基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于級聯(lián)高壓變頻器的高壓交流電機控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，屬于電力電子自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
級聯(lián)高壓變頻調(diào)速是近些年來廣泛應(yīng)用的一種調(diào)速技術(shù)。通過高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，解決了大功率風(fēng)機、泵類的軟起動和調(diào)速問題，節(jié)能效果顯著，具有廣闊的發(fā)展空間。傳統(tǒng)的高壓變頻器的控制方式廣泛采用恒壓頻比控制，即V/F控制，通常采用開環(huán)恒壓頻比及低頻電壓補償技術(shù)，適合于風(fēng)機，水泵等對調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能要求不高的場合。然而針對軋鋼機、卷揚機等調(diào)速要求較高的場合，具有優(yōu)良控制性能的矢量控制級聯(lián)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的理論和應(yīng)用技術(shù)研究逐漸成為廣泛關(guān)注的熱點。自20世紀(jì)70年代西門子的F. Blaschke提出矢量控制技術(shù)以來，矢量控制以其優(yōu)越的轉(zhuǎn)矩控制性能，使交流傳動系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)得到了顯著提高。為了確定定子電流矢量的方向和建立速度閉環(huán)反饋就必須獲得轉(zhuǎn)速信號，通常采用光電編碼盤的速度傳感器進行轉(zhuǎn)速檢測。然而速度傳感器在安裝、維護、易受環(huán)境影響等方面嚴(yán)重影響了異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的簡便性、廉價性和可靠性。特別是像高壓變頻器應(yīng)用環(huán)境比較復(fù)雜的場合，速度編碼器的測量精度受環(huán)境影響比較大。因此，研究應(yīng)用于級聯(lián)高壓變頻器的高壓交流電機驅(qū)動系統(tǒng)中的無速度傳感器矢量控制意義重大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是避免安裝速度編碼器所帶來的弊端，并且能估計電機的磁鏈及轉(zhuǎn)速，改善電機在啟動、調(diào)速、穩(wěn)態(tài)運行時的靜動態(tài)性能。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的具體實施如下—種基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，包括采樣模件，用于采集三相輸出電壓傳感器信號和兩路輸出電流傳感器信號，其特征在于，還包括主控模件，主控模件通過轉(zhuǎn)換模件與多個功率單元相連，多個功率單元通過光纖與轉(zhuǎn)換模件通信。主控模件用于存儲運行矢量控制中的核心算法模塊；轉(zhuǎn)換模件與主控模件相連，將主控發(fā)出的信號傳輸給功率單元；多個功率單元通過光纖與轉(zhuǎn)換模件通信。前述的基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，其特征在于所述采樣模件同時與外部模擬量信號相連。前述的基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控模件通過IO模件與上位機監(jiān)控界面、DCS系統(tǒng)、本地監(jiān)控系統(tǒng)、外部開關(guān)量信號相連。本實用新型結(jié)合無速度傳感器矢量控制的需要，該系統(tǒng)采集三相輸出電壓傳感器信號，兩路輸出電流傳感器信號，通過矢量控制算法實現(xiàn)三相PWM輸出。采用一種改進的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)(MRAS)來辨識異步電機轉(zhuǎn)速，以兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型為可調(diào)模型，以改進的轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型為參考模型，采用Popov超穩(wěn)定理論，根據(jù)參考模型與可調(diào)模型的轉(zhuǎn)子磁鏈角度差所確定的自適應(yīng)規(guī)律，使得辨識轉(zhuǎn)速與真實轉(zhuǎn)速無限接近，從而在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下來辨識異步電動機的轉(zhuǎn)速。將檢測的電機定子相電壓和相電流無需經(jīng)過特殊濾波處理，經(jīng)Clarke變換得到兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓電流信號ua、ue、ia、ie，采用改進的電壓磁鏈模型對轉(zhuǎn)子磁鏈進行觀測。通過一種改進的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)(MRAS)轉(zhuǎn)速辨識環(huán)節(jié)得到的電機轉(zhuǎn)速反饋值，與給定的速度參考值比較，得出的轉(zhuǎn)速偏差經(jīng)PI控制器，并計算得到定子相電流轉(zhuǎn)矩分量iftef ;將采樣得到的電機定子三相電流無需特殊濾波處理直接經(jīng)過Clarke與Park變換得到M、T旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵磁電流分量iM和轉(zhuǎn)矩電流分量iT值，iM和iT分別與勵磁電流參考信號is/和轉(zhuǎn)矩電流參考信號is/比較并進行PI控制，得到M軸和T軸電壓分量Vfcf和Vtof。之后，將Vfcrf和Vftrf經(jīng)Park逆變換和Clarke逆變換得到三相正弦電壓參考信號VAref>VBref和V&rf，送往移相式SPWM分配板，利用移相SPWM控制技術(shù)對級聯(lián)功率單元進行控制，達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。
本實用新型所達到的有益效果本實用新型的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)應(yīng)用在級聯(lián)高壓變頻器的高壓交流電機驅(qū)動系統(tǒng)中，在電機軸上無需安裝速度傳感器，避免了安裝速度編碼器所帶來的弊端。并且能較好地估計電機的磁鏈及轉(zhuǎn)速，使得所驅(qū)動的高壓交流電動機能夠獲得與直流電動機相似的輸出轉(zhuǎn)矩特性，有效地改善了電機在啟動、調(diào)速、穩(wěn)態(tài)運行時的靜動態(tài)性能。

圖1為本實用新型的基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的控制結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實用新型的改進的轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型圖；圖4為本實用新型的基于兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型圖；圖5為本實用新型的轉(zhuǎn)速辨識模型圖。
具體實施方式
本發(fā)明為一種按轉(zhuǎn)子磁場定向的級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，設(shè)定坐標(biāo)軸M，T以同步轉(zhuǎn)速《旋轉(zhuǎn)，且規(guī)定M軸沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，此時，異步電動機在兩相(M、T)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型
權(quán)利要求1.ー種基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，包括采樣模件，用于采集三相輸出電壓傳感器信號和兩路輸出電流傳感器信號，其特征在干，還包括主控模件，主控模件通過轉(zhuǎn)換模件與多個功率単元相連，多個功率単元通過光纖與轉(zhuǎn)換模件通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，其特征在于所述采樣模件同時與外部模擬量信號相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控模件通過IO模件與上位機監(jiān)控界面、DCS系統(tǒng)、本地監(jiān)控系統(tǒng)、外部開關(guān)量信號相連。
專利摘要本實用新型公開了一種基于級聯(lián)高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，包括采樣模件，用于采集三相輸出電壓傳感器信號和兩路輸出電流傳感器信號，其特征在于，還包括主控模件，主控模件通過轉(zhuǎn)換模件與多個功率單元相連，多個功率單元通過光纖與轉(zhuǎn)換模件通信。本實用新型的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)應(yīng)用在級聯(lián)高壓變頻器的高壓交流電機驅(qū)動系統(tǒng)中，在電機軸上無需安裝速度傳感器，避免了安裝速度編碼器所帶來的弊端。并且能較好地估計電機的磁鏈及轉(zhuǎn)速，使得所驅(qū)動的高壓交流電動機能夠獲得與直流電動機相似的輸出轉(zhuǎn)矩特性，有效地改善了電機在啟動、調(diào)速、穩(wěn)態(tài)運行時的靜動態(tài)性能。
文檔編號H02P21/14GK202872721SQ201120490380
公開日2013年4月10日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者楊奇, 胡炫, 張裕峰, 錢詩寶, 李冰 申請人:國電南京自動化股份有限公司