[发明专利]一种无电解电容变频驱动控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及变频驱动领域，尤其涉及一种无电解电容变频驱动控制系统及其控制方法。

背景技术

随着能源与环境问题变得越来越突出，单相交流输入的变频驱动方案因在节能方面具有巨大优势，在空调、冰箱、洗衣机等家用电器中应用得越来越广泛。因永磁同步电机具有较高的效率，结构简单、过载能力大、转动惯量小以及转矩脉动小等特点，非常适用于家用电器的驱动系统。

在单相交流输入的变频驱动场合，由于输入输出瞬时功率的不平衡，不得不在母线侧广泛采用大电解电容缓冲能量，平衡输入侧与输出侧瞬时功率实现功率解耦。然而大电解电容存在以下缺点：1)电解电容容量随温度及频率变化波动较大，尤其当电解电容在高温下使用时，电解液会挥发，造成电容量降低。当电容量降为初始值的60％时，一般视为电容寿命终止，对系统效率及稳定可靠性造成严重影响；3)用于功率解耦的电解电容通常体积较大，限制了电力变换器功率密度的提高。4)母线采用大电解电容，输入侧电流质量较差。为改善输入侧电流质量，需要增加功率因数校正(PFC)电路，增加了系统的损耗和成本。

为消除电解电容，常用的方法为：1)直接用矩阵变换器替代传统的整流、逆变的拓扑结构。这种结构无需中间级的直流环节，具有功率双向流动、功率因数可控的特点。但是，矩阵变换器需大量单向开关器件来实现双向开关效果，这将导致拓扑结构复杂，控制实现较难。此外，它不能应用到单相供电的电能变换系统中。2)在不控整流器和逆变器之间加入Z-源逆变电路。加入Z-源逆变电路后，通过调节直通零矢量，升高不控整流后的电压，可以达到母线电压纹波系数小、功率因数高的效果。但是实际直通零矢量调节范围有限，难以达到理想的效果。而且，该拓扑结构复杂，额外的开关器件增加了能源消耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对母线无电解电容变频驱动系统，提供一种通过控制d轴电流和q轴电流实现网侧高功率因数的变频驱动控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无电解电容变频驱动系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、采集电机转子的实时转速和实时位置，采集网侧相角和电机三相电源中任两相的实时电流；

S2、对所述实时电流进行Clark变换，得到α轴电流和β轴电流，对所述α轴电流和β轴电流进行Park变换，得到d轴实时电流和q轴实时电流；

S3、计算q轴给定电流和d轴给定电流；

S4、比较所述d轴实时电流和d轴给定电流，得到d轴误差电流，比较所述q轴实时电流和q轴给定电流，得到q轴误差电流；

S5、对d轴误差电流进行误差调节得到d轴给定电压，对q轴误差电流进行误差调节得到q轴给定电压；

S6、根据所述实时位置对所述d轴给定电压和q轴给定电压进行Park逆变换，得到α轴给定电压和β轴给定电压；

S7、采集母线电压，根据所述α轴给定电压、β轴给定电压和母线电压对逆变器进行脉宽调制，并通过所述逆变器控制电机。

所述步骤S5中所述误差调节是PI调节。

本发明的有益效果是，基于瞬时功率传输途径，通过控制d轴电流和q轴电流来控制逆变器的输出功率，进而控制网侧电流波形，从而达到高功率因数的目的。如此，在确保网侧高功率因数的前提下，能实现电机在弱磁区高速运行，能够优化电机相电流，同时能够增强对电机参数误差的鲁棒性，能提高系统可靠性，控制简单有效，适合在家用电器领域应用。

进一步，所述步骤S3中计算d轴给定电流和q轴给定电流的方法，包括如下步骤：

S31、比对电机实时转速和给定转速，得到转速误差，对所述转速误差进行PI调节得到电流矢量幅值的给定；

S32、通过检测网侧电压得到网侧相角，并根据所述网侧相角、上一周期的d轴给定电流和电流矢量幅值的给定计算得出q轴给定电流；

S33、根据d轴给定电压、q轴给定电压、q轴给定电流以及电流矢量幅值的给定计算得出d轴给定电流。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过控制d轴电流和q轴电流，来控制逆变器的输出功率，进而控制网侧电流波形，实现网侧高功率因数。

进一步，所述步骤S32中计算q轴给定电流的计算方法如下：

假定网侧为单位功率因数，网侧电压、网侧电流均为正弦波，则网侧输入功率以2倍输入频率波动,如式(1)，

p_g＝P_gp sin²θ_g(1)