[发明专利]变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，应用于需要带输出电抗器运行的矢量控制。

背景技术

在变频器的实际使用中，如果变频器所拖动的电动机与变频器之间的距离大于变频器产品标出的规定电缆长度，变频器就必须在它的输出侧加装滤波设备，从而增强变频器的长距离带载能力。滤波设备一般有三相交流输出电抗器、三相dv/dt滤波器和三相正弦波滤波器，其中以三相交流输出电抗器的价格最合理，使用普及程度最高。

一般的变频器产品在带三相交流电抗器进行矢量控制运行时，并没有对控制算法进行特殊的处理，方法和不带三相交流电抗器时一样。由于三相交流电抗器的电压压降为输出电压的2％—4％，这个电压比重不算很大，在一般的使用场合中，变频器带三相交流电抗器运行仍能满足性能要求。但在一些高性能、高转速的交流传动场合，就会产生较明显的影响。

图1是变频器不带三相交流电抗器的框图，图2是变频器带三相交流电抗器的框图。两者都是从三相电网1吸收三相电能，通过变频器2内部的交流变直流环节(AC-DC)和直流变交流环节(DC-AC)将三相电网1的工频电压变为幅值和频率可变的三相电压。两者的区别仅在于在变频器2的输出是否加有三相交流电抗器4去连接电动机3。

图3是变频器不带三相交流电抗器时的矢量图，由于是采用磁场定向矢量控制，电动机的转子磁链ψ_r被定向在MT坐标系的M轴上，因此产生转子磁链的定子电流分量I_sm也在M轴上，而产生转矩的定子电流分量I_st在与M轴正交的T轴上。电动机的输入功率因数角为θ，故电动机定子电压矢量U_s和定子电流矢量I_s的夹角为θ。电动机定子电压矢量U_s在M轴和T轴上的分量分别为U_sm和U_st。

图4是变频器带三相交流电抗器时的矢量图，为了分析的简洁，忽略三相交流电抗器的电阻r。变频器期望输出电压矢量三相交流电抗器电压矢量ωLI_s(L为三相交流电抗器的电感量，ω为流过三相交流电抗器的电流的角频率)和电动机定子电压矢量U_s构成一个矢量三角形，和U_s之间的夹角为δ，可见和U_s在相角和幅值上都有区别。当变频器控制正常时，控制器产生的控制参考电压和变频器的输出电压矢量是相同的，因此由于三相交流电抗器的压降，变频器的实际控制电压和电动机实际得到的定子电压是不同的。由图3可知，电动机定子电压矢量U_s在M轴和T轴上的分量模值U_sm和U_st都小于在M轴和T轴上的分量模值和因此电动机不仅处于欠励磁状态，转矩分量电流也不足，电动机的转矩能力小于控制器的实际要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有变频器带输出电抗器进行矢量控制存在的上述不足，提供一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，对电动机输入端定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间产生的偏差进行补偿控制，提高电机的动态性能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，包括如下步骤：

1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器的电感、电阻参数输入到变频器的控制器中；

2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的三相交流电抗器的电感、电阻参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差；

3)然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿。

按上述方案，该方法具体包括如下步骤：

1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r输入到变频器的控制器中；

2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据步骤1)离线输入的三相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速ω，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差，具体为：

a、列写三相交流电抗器在三相静止坐标系中的时域方程：