[发明专利]用变频驱动器来控制电动力机的系统和方法

说明书

用变频驱动器(VFD)(380)控制交流(AC)电动力机(390)的系统和方法，包含具有用于向VFD(380)提供定子磁通角信号(338)的锁相环(PLL)电路(382)的控制系统(300)，PLL电路(382)包括提供输出信号(334)的比例积分(PI)调节器(332)；和与PLL电路(382)通信的前馈发生器(350)，其中前馈发生器(350)监控AC电动力机(390)的定子磁通位置，使前馈发生器(350)基于定子磁通信号(308、310、312)确定定子频率信号(352)并在PI调节器(332)的下游供应定子频率信号(352)，且其中定子频率信号(352)与PI调节器(332)的输出信号(334)相加，以提供PI调节器(332)的动态适配输出信号(335)，且其中适配的输出信号(335)用于确定定子磁通角信号(338)。

技术领域

本发明的各方面主要涉及电动力机，其包含例如电动机，如交流(AC)异步电机(例如感应电机)和AC同步电机以及发电机，并且更具体地涉及用变频驱动器(VFD)控制感应电机的系统、设备和方法。

背景技术

当通过直接连接至公用电源来启动大型(例如中等电压)AC电机时，可出现一个或多个问题。例如，大型AC电机在启动时可在低功率因数下汲取该电机四至六倍额定电流(称为浪涌电流)。这可导致公用电源网络出现显著的瞬态电压下降，这可不利地影响与公用电源连接的其它设备和系统。另外，AC电机在直接联机启动期间可承受严重的热和机械应力，这可缩短电机的使用寿命和/或限制给定时间内的启动次数。此外，在大型AC电机的加速期间，可出现可激发系统扭转共振的大转矩脉动，已知其至少在一种情况下会导致电机轴损坏。

为了克服前述问题，大型AC电机可用变频驱动器(VFD)进行“软启动”。VFD可以可控地增加在启动期间施加到AC电机的电压的大小和频率。电压大小和频率可在非常低的值下开始，并且然后可随着AC电机达到其额定速度而增加到AC电机的额定电压和公用电源的频率，例如60赫兹。

为了提供AC电机的精确速度控制，VFD可包括具有锁相环(在本文也简称为PLL)控制电路的控制系统。锁相环技术是已知的，并且非常适合通过将AC电机锁相到稳定和精确的参考频率来提供精确的速度控制。当频率变化率非常低时，例如小于1Hz/秒，PLL的动态精度是可接受的。但是，当AC电机的频率快速变化时，例如60Hz/秒，PLL的动态精度不可接受。因此，可需要针对AC电机频率的快速变化提供具有PLL的改进的控制系统。

发明内容

简言之，本发明的各方面主要涉及电动力机，其包括例如电动机诸如AC异步电机(例如感应电机)，和AC同步电机以及发电机，并且更具体地涉及用于借助变频驱动器(VFD)来控制感应电机的系统和方法。

本发明的第一方面提供用于控制交流(AC)电动力机的控制系统，其包括：用于向变频驱动器(VFD)提供定子磁通角信号的锁相环(PLL)电路，该PLL电路包括提供输出信号的比例积分(PI)调节器；和与PLL电路通信的前馈发生器，其中前馈发生器追踪AC电动力机的定子磁通位置，使得前馈发生器基于定子磁通信号来确定定子频率信号并且在PI调节器的下游供应定子频率信号，并且其中，定子频率信号与PI调节器的输出信号相加，以提供PI调节器的动态适配的输出信号，并且其中适配的输出信号用于确定定子磁通角信号。

本发明的第二方面提供用于控制交流(AC)电动力机的系统，其包括：被配置成耦合到公用电源并且提供输出电流的变频驱动器(VFD)；可操作地耦合到VFD的VFD输出端的AC电动力机，该VFD提供输出电流，其控制由AC电动力机产生的定子磁通和转矩的大小，其中VFD进一步包括控制系统，该控制系统包括用于向VFD提供定子磁通角信号的锁相环路(PLL)电路，该PLL电路包括提供输出信号的比例积分(PI)调节器；和与PLL电路通信的前馈发生器，其中前馈发生器追踪AC电动力机的定子磁通位置，使得前馈发生器基于定子磁通信号确定定子频率信号并且在PI调节器的下游供应定子频率信号，并且其中，定子频率信号与PI调节器的输出信号相加，以提供PI调节器的动态适配的输出信号，并且其中，经适配的输出信号用于确定定子磁通角信号。