[发明专利]基于无功电流补偿的电机振荡抑制方法有效

专利信息
申请号: 200810064634.8 申请日: 2008-05-30
公开(公告)号: CN101309067A 公开(公告)日: 2008-11-19
发明(设计)人: 杨荣峰;陈伟;于泳;徐殿国 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: H02P27/06 分类号: H02P27/06;H02P23/04
代理公司: 哈尔滨市松花江专利商标事务所 代理人: 牟永林
地址: 150001黑龙江*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 基于 无功 电流 补偿 电机 振荡 抑制 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于异步电机调速领域,具体涉及一种抑制通用变频器对电机调速时产生的中频振荡的方法。

背景技术

通用变频器控制技术不依赖电机参数,不需要速度传感器,控制方法简单、容易实现,因此尽管它存在控制精度不高、速度响应慢等问题,但在一些对动态响应要求不高的场合,例如风机、水泵的转速控制中仍得到广泛使用。通用变频器中多采用开环的V/F控制,由于控制系统中没有闭环控制环节,在一定的电磁参数下,正常工作负载范围也可能产生转矩脉动,引起较大的机械振荡,同时电机电流也出现大幅振荡,严重影响变频器和电机的正常使用,缩短电机和其他电气设备的使用寿命。

引起电机振荡的原因很多,例如逆变器死区效应将导致定子电流畸变,使电机转速出现波动;直流母线电容品质也会影响电机的稳定运行;同时,振荡与电机的运行状态也有关,例如在电机中频空载或轻载运行时更容易发生振荡;振荡现象和电机参数也有关系,例如电机电阻、电感和极对数等。

电机振荡时,功率因数角、电流(包括无功和有功电流)均出现大幅振荡,死区补偿不容易准确,甚至可能补偿错误,加重振荡程度,因此仅靠死区补偿难以抑制振荡。如果能够找到一种有效的负反馈机制,对变化量进行相应的抑制,就能达到稳定电机运行的目的。不少文献据此提出了解决方案:有的方案根据直流母线电压微分进行反馈调节,需要额外的直流母线电压检测电路;有的方案通过对输出电流或者输出电流中的有功电流进行微分负反馈调节,调节输出电压的频率,进而实现对转矩的控制,保证转矩的稳定,但是实际操作中发现参数不易调节,并且容易在输出电流中引入较多谐波;有的方案则借鉴了矢量控制的思想,对转差频率进行控制,但是这种方法对电机参数依赖,而且矢量计算复杂,不适用于通用变频器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无功电流补偿的电机振荡抑制方法,以克服现有技术依赖电机参数,不适用于通用变频器的缺陷。实现本发明的方法基于下述装置:SVPWM信号发生器、逆变桥、坐标变换器、低通滤波器、一号减法器、PD调节器、积分器、二号减法器和三个电流传感器,SVPWM信号发生器的三个输出端分别连接逆变桥三相桥臂的三个控制端,坐标变换器的三个信号输入端各自通过一个电流传感器连接在逆变桥的一个电压信号输出端上,坐标变换器的信号输出端通过低通滤波器连接在一号减法器的负相输入端,一号减法器的输出端通过PD调节器连接在二号减法器的负相输入端,二号减法器的输出端连接SVPWM信号发生器的一个输入端,积分器的输出端分别连接SVPWM信号发生器的另一个输入端和坐标变换器的电压矢量角度输入端。

该方法通过下述步骤实现:一、通过三个电流传感器获取逆变桥输出的三相电流信号;二、对三相电流信号进行坐标变换,从而计算出旋转坐标系下的无功电流id;计算过程中利用积分器把给定电压信号的角频率ω积分出电压矢量的旋转角度θ,从而计算无功电流id;三、对无功电流id滤波;四、用一号减法器和PD调节器,对经过滤波的无功电流id与参考电流idref进行减法、比例和微分操作,获得电压调整量;五、把电压调整量输入二号减法器,与给定电压信号U相减后输入SVPWM信号发生器;六、SVPWM信号发生器根据二号减法器的输出电压和积分器输出的电压矢量的旋转角度θ生成三相正弦调制信号,通过逆变桥驱动电机。

本发明工作时,二号减法器的正相输入端施加给定电压信号U,逆变桥的直流母线上施加电压UDC,一号减法器的正相输入端施加给定的参考电流idref

PWM类型电机驱动由于有逆变器开关操作,不可避免的包含发电状态,发电状态的存在是不稳定现象的主要原因,它造成了逆变器电源的不平稳,这种不稳定最终导致了电机振荡。逆变器输入到电机的功率包括有功功率和无功功率,无功功率正是反映了这种发电过程中产生了功率流动,无功功率变化越大,说明逆变器和电机的能量交换越不平衡,电机越容易发生振荡。如果能够稳定无功功率,即稳定无功电流,则能抑制电机振荡。

另外,转矩与气隙主磁通和转子电流的有功分量成正比,即

式中Te为电磁转矩,φM为气隙主磁通,I′2为转子电流。

电机要稳定运行,就需要保持气隙主磁通恒定。根据电机的T型等效电路,如图3所示,无功电流大部分用来产生气隙主磁通,有功电流大部分产生电磁转矩。无功电流不稳定也说明电机气隙磁通不稳,电机的转矩容易发生脉动。

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