[发明专利]一种防止母线电压过高的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机技术，具体涉及一种交流电动机矢量控制系统中防止变频器直流母线电压泵升过高的方法。

背景技术

现有技术中，交流电动机的矢量控制在传动领域得到了很广泛的应用，其控制思路是将交流电动机的定子电流分解为励磁电流和力矩电流两部分，仿照直流电动机的控制思路分别控制电动机的磁通(定子电流的励磁电流分量)和输出转矩(定子电流的力矩电流分量)，图1是在现有技术中应用最广泛的采用电压源PWM逆变器的矢量控制系统结构图。

图1示出的定子电流力矩分量指令和励磁电流分量指令都是同步旋转坐标系中的电流值，力矩电流分量指令是速度调节器的输出，而励磁电流分量指令与电机的空载电流以及弱磁控制有关，弱磁控制一般是根据检测的电机运行速度进行的。力矩电流和励磁电流的调节都在同步旋转坐标系中进行，两个电流调节器的输出即为定子电压矢量在同步旋转坐标系中两个坐标轴上的分量。电流调节器输出的两个电压指令分量经坐标变换后得到三相电压指令的瞬时值，这三个电压瞬时值就是PWM逆变器的输入指令。另一方面，检测到的三相电流值经过坐标变换得到电流在同步旋转坐标系中的两个电流反馈分量，这两个电流分量一方面作为电流闭环控制的反馈，一方面用于计算电机的定转子磁通，从而计算出坐标系的旋转角度，将之用于前述的坐标变换，还可以在无速度传感器的矢量控制中用来辨识电机的转速以形成转速的闭环控制。

在交流电动机的矢量控制系统中，在电机减速过程中的会出现变频器直流母线泵升电压过高，常采用的防止直流母线电压泵升过高的方法包括能耗制动、磁通制动和回馈制动几种方法。基于能耗制动方法的系统结构如图2所示，该方法在变频器的直流母线正负母线之间串联一个开关管(例如IGBT)和制动电阻，当检测到的母线电压到达设定的电压阈值时，控制开关管导通，使直流母线电压加在制动电阻两端，由制动电阻给直流母线放电从而达到避免直流母线电压泵升过高的目的。该方法由于增加了一个开关管和一个制动电阻，增加了成本和硬件系统的复杂性。

常规的另一种控制母线电压泵升过高的方法是电机的磁通制动，这种方法的思路是在电机减速过程中增加交流电机的磁通量，让一部分能量消耗在电机内部，从而消弱变频器直流母线电压的泵升。该方法在VVVF的变频控制系统中可以通过增加电机输入电压的方法增加电机磁通。在交流电动机的矢量控制系统中，定子电流的励磁分量代表电机的磁通，直接增加定子励磁电流分量，就可以使电动机的磁通增加。但是该方法由于将电机的旋转能量快速转化为热消耗在电机中，造成电机发热严重，在频繁启停的场合是不能采用的。

前面两种避免变频器泵升电压过高的方法都是在电机减速过程中将需要回馈到直流电容侧的能量消耗掉，或者消耗在直流侧制动电阻中，或消耗在电机中。还有一种防止泵升电压过高的方法是变频器的回馈制动，这种方法是在变频器中装有有源逆变装置，通过有源逆变器可以将电动机回馈到直流侧的有功能量回馈到电网侧。回馈制动方法最大优点是不用将电机减速过程中回馈的能量消耗掉，节约能源，但是由于增加了有源逆变器，硬件成本和硬件系统的复杂性大大增加，而且也使控制系统变得非常复杂，所以一般在大功率提升机械等的调速系统采用，一般小功率变频系统应用较少。

在通用变频器中，一般都有失速保护的功能，该功能的主要思路是在加减速过程中实时检测系统的电压和电流等参数，当检测到电压或电流变量超出设定范围时停止加速或减速。失速保护功能能有效地抑制变频器在减速过程中的泵升电压过高，在检测到变频器直流母线电压过高时停止减速，可以避免变频器直流母线电压继续上升。但是，过压失速在交流电动机的矢量控制系统中如何实现呢？在检测到直流母线电压过高后停止给定运行速度的降低，可能会发生母线电压控制不住而出现过压故障，或者会使系统的运行速度不稳定，使系统减速过程的速度曲线出现阶梯状，而且难以保证系统能在不出现过压前提下以最快的速度减速。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，如何在电动机的矢量控制系统中对直流母线电压进行控制，可以保证系统在不出现过压故障的前提下以最快的速度平稳减速，进而达到防止变频器直流母线电压泵升过高的目的。

本发明的上述技术问题是这样解决的，构造一种防止电机控制系统母线电压过高的方法，其特征在于，包括以下步骤：检测直流母线电压，根据检测到的直流母线电压对变频器直流母线电压进行闭环控制。