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)具有對電機參數(shù)依賴小，操作簡單、可靠、成本低等優(yōu)點，在交流傳動領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，在進行電機調(diào)速時，如果磁通太弱，無法充分利用電機的鐵心，造成浪費；如果磁通過大，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。因此，實現(xiàn)感應(yīng)電機調(diào)速的關(guān)鍵在于保持電機中每極磁通量Oni為額定值不變。 感應(yīng)電機定子每相電動勢的有效值為其中E1和分別為電機的相反電動勢和頻率，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，即可保持恒磁通調(diào)速。然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接測量與控制的，當(dāng)電動勢較高時，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，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，這時就需要人為的把相電壓V1抬高，以便近似地補償定子壓降。實際應(yīng)用中，由于負載大小不同，所需要補償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，如果補償值不準確，很容易造成過補償或者欠補償，進而造成過流或者過載等故障。常用的提高通用變頻器啟動轉(zhuǎn)矩，改善低頻帶載能力并對定子壓降進行補償?shù)姆椒ㄖ饕?)矢量補償；2)標量補償。矢量補償主要是根據(jù)電機輸入電壓和輸入電流之間的三角關(guān)系來計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，雖然計算相對復(fù)雜，但補償值非常準確。然而目前實現(xiàn)的矢量補償方法較亂，缺乏條理性，不易理解、難于實現(xiàn)。標量補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是電壓幅值的補償值；而Vb的計算方法有很多，例如取Vb = I1R1，這種方式很容易導(dǎo)致過補償；取￥)3 = IdR1，其中id為基于有功電流的分量，這種補償方式很不準確，時常處于過補償與欠補償兩種邊緣狀態(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的低頻帶載能力，但需要通過轉(zhuǎn)子磁鏈定向來實現(xiàn)電流的解耦，同時對電機參數(shù)敏感，遠遠超出了 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轉(zhuǎn)矩，改善低頻帶載能力，對定子壓降進行補償?shù)姆椒ㄆ毡榇嬖陔y于實現(xiàn)、計算復(fù)雜、容易發(fā)生過補償與欠補償?shù)娜秉c。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述提高變頻器啟動轉(zhuǎn)矩時對定子壓降補償?shù)姆椒y于實現(xiàn)、計算復(fù)雜、容易發(fā)生過補償與欠補償?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)，包括使用補償電壓值Vb補償定子壓降的壓降補償單元；該系統(tǒng)還包括參考電壓獲取單元、電流采樣單元、余角計算單元以及補償電壓計算單元；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，用于采樣電機相電流；所述余角計算單元，用于根據(jù)采樣電機相電流計算合成電流的相位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、補償后輸出電壓的相位角ev、固定反電動勢的角度ej+算反電動勢與電流夾角的余角0 Err ;所述補償電壓計算單元，用于根據(jù)所述合成電流的有效值I1、參考輸出電壓E*!以及反電動勢與電流夾角的余角0E 計算補償后的輸出電壓垂直于反電動勢方向的分量^以及得到補償后的輸出電壓沿反電動勢方向的分量vy，并根據(jù)補償后輸出電 壓的兩個分量Vx與Vy及參考輸出電壓計算補償后輸出電壓的相位角Q V和補償電壓值\。
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定子兩相電流Iu與Iv ;所述余角計算單元包括定子電壓矢量角計算子單元、勵磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計算子單元、合成電流計算子單元、功率因數(shù)角計算子單元、反電動勢與電流的夾角計算子單元以及反電動勢與電流夾角的余角計算子單元；其中所述定子電壓矢量角計算子單元，用于根據(jù)電機當(dāng)前運行頻率計算定子電壓矢量角e i = / 2 flClt ;所述勵磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計算子單元，用于通過坐標變換公式計算電流的勵磁分量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)，包括使用補償電壓值K補償定子壓降的壓降補償單元；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、余角計算單元以及補償電壓計算單元；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，用于采樣電機相電流；所述余角計算單元，用于根據(jù)采樣的電機相電流計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)、補償后輸出電壓的相位角斗、固定反電動勢的角度各計算反電動勢與電流夾角的余角I ;所述補償電壓計算單元，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勢與電流夾角的余角 計算補償后的輸出電壓垂直于反電動勢方向的分量K以及補償后的輸出電壓沿反電動勢方向的分量G，并根據(jù)補償后輸出電壓的兩個分量I 與6及參考輸出電壓計算補償后輸出電壓的相位角&r和補償電壓值。
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定子兩相電流4與所述余角計算單元包括定子電壓矢量角計算子單元、勵磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計算子單元、合成電流計算子單元、功率因數(shù)角計算子單元、反電動勢與電流的夾角計算子單元以及反電動勢與電流夾角的余角計算子單元；其中所述定子電壓矢量角計算子單元，用于根據(jù)電機當(dāng)前運行頻率J1計算定子電壓矢量角民=J;所述勵磁分量及轉(zhuǎn)矩分量計算子單元，用于通過坐標變換公式計算電流的勵磁分量4與轉(zhuǎn)矩分量 所述合成電流計算子單元，用于根據(jù)所述電流的勵磁分量4與轉(zhuǎn)矩分量A計算合成電流的相位^ =J以及合成電流有效值Z1 =扎2 + It2 ;所述功率因數(shù)角計算子單元，用于計算功率因數(shù)角&所述務(wù)由上一次補償電壓值計算中獲得或為初始值零；所述反電動勢與電流的夾角計算子單元，用于根據(jù)固定反電動勢的角度^ = 9015計算反電動勢與電流的夾角~ ^SY + ^，其中沒FV = Sm - Bw ,所述補償后輸出電壓的相位角氣由上一次補償電壓值計算中獲得或為初始值零；所述反電動勢與電流夾角的余角計算子單元，用于計算反電動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)，其特征在于所述補償電壓計算單元包括定子壓降計算子單元、補償分量計算子單元、輸出電壓計算子單元、輸出相位角計算子單元以及補償電壓計算子單元；所述定子壓降計算子單元，用于根據(jù)合成電流的有效值計算定子壓降= 巧，其中巧為定子電阻；所述補償分量計算子單元，用于將定子壓降分解為沿反電動勢方向的分量^ = ^和垂直反電動勢方向的分量，并將所述參考輸出電壓與定子壓降沿反電動勢方向的分量相疊加得到補償后的輸出電壓沿反電動勢方向的分量6 = sm ^ ,及將所述定子壓降垂直反電動勢方向的分量/直接作為補償后的輸出電壓垂直于反電動勢方向的分量；所述輸出相位角計算子單元，用于根據(jù)補償后輸出電壓的兩個分量G與^計算補償后輸出電壓的相位角各=arctg(Ff/Fx);所述補償電壓計算子單元，用于根據(jù)補償后輸出電壓的兩個分量G與匕及參考輸出電壓計算補償電壓值G = K ,其中
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項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，力為電機當(dāng)前運行頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項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償單元、電流采樣單元、余角計算單元以及補償電壓計算單元每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)采樣電機相電流，并根據(jù)采樣的相電流計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)、補償后輸出電壓的相位角4、固定反電動勢的角度 計算反電動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以及反電動勢與電流夾角的余角I.計算補償后的輸出電壓垂直于反電動勢方向的分量C以及補償后的輸出電壓沿反電動勢方向的分量^并根據(jù)補償后輸出電壓的兩個分量G與I及參考輸出電壓I1計算補償后輸出電壓的相位角^和補償電壓值G ; Cd)根據(jù)所述補償電壓值K補償定子壓降。
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)電機當(dāng)前運行頻率J1計算定子電壓矢量角
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勢方向的分量^ =匕l(fā)Sm和垂直反電動勢方向的分量 K = C0S ； (C3)將參考輸出電壓5\與定子壓降沿反電動勢方向的分量相疊加，得到補償后的輸出電壓沿反電動勢方向的分量& = f7SiSiriBsfr +E !，并將所述定子壓降垂直反電動勢方向的分量G直接作為補償后的輸出電壓垂直于反電動勢方向的分量； (c4)根據(jù)補償后輸出電壓的兩個分量G與匕計算補償后輸出電壓的相位角Bv^arctgiVySV,)和補償后輸出電壓的幅值G +f，并計算補償電壓值為W S'。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項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)，包括使用補償電壓值Vb補償定子壓降的壓降補償單元；該系統(tǒng)還包括參考電壓獲取單元、電流采樣單元、余角計算單元以及補償電壓計算單元；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相電流；所述余角計算單元用于計算反電動勢與電流夾角的余角θErr；所述補償電壓計算單元用于計算補償電壓值Vb。本發(fā)明還提供一種對應(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償值，并用該補償值補償定子壓降，從而保持定子調(diào)速時磁通恒定。
文檔編號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 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