[发明专利]一种异步变频电机减速过压抑制方法

说明书

本发明提供了一种异步变频电机减速过压抑制方法，在不增加外部装置的前提下，针对至少接入一台变频器的工况，采用闭环PID控制，快速、平稳地抑制异步变频电机的母线电压波动，输出电流、转矩平稳。本发明为电压单闭环控制，减少了计算量，最终达到与现有双闭环控制方法一致的母线电压抑制效果。本发明为全减速过程PID调节，解决了电机减速初始阶段母线电压冲击的问题。本发明加入了减速时间补偿功能，保证整个减速过程耗时等于或最接近于用户设定的减速时间，使减速时间最优。

技术领域

本发明属于电机减速过压抑制技术领域，具体涉及一种异步变频电机减速过压抑制方法。

背景技术

异步变频电机拖动系统在减速时，电机旋转磁场的转速(同步转速)立刻下降，但由于拖动系统机械惯性的缘故，转子转速不可能立刻下降；于是转子转速高于同步转速，转子绕组切割磁场的方向与以前相反，电机处于发电状态。电机轴上的转矩切变为制动转矩，促使电机转速迅速下降，称为再生制动状态；整个减速过程中，电机轴上的机械能转换成再生制动电能输入到变频器，再生制动电能的一部分消耗在电机及变频器回路中，剩余的在母线电容上堆积，导致母线电压升高。

在现有的异步变频电机拖动系统中，通过控制再生制动电能将母线电压限制在安全范围内；常见的解决方案有如下四种：

1.多台变频器共用直流母线，使电动运行的电机吸收减速电机的再生电能；

2.加装回馈装置，将再生制动电能回馈到电网中；

3.加装制动单元，通过制动电阻的能耗消除再生制动电能；

4.延长变频器减速时间，充分利用电机和变频器自身消耗再生制动电能。在变频器参数中预设“过压抑制点电压”、“减速时间”，根据母线电压变化，实时调整减速时间(频率递减量)，保证单位时间内产生的再生制动电能可以全部消耗在变频器及电机上。具体包括两种方式：

①母线电压滞环控制法：母线电压高于过压抑制点电压时停止减速，保持电机以当前频率运行；等待母线电压恢复正常后，继续降频减速。

②“电压-有功功率”双闭环控制法：根据母线电压与抑制点电压值，通过PI调节计算目标有功功率；根据目标有功功率和变频器采样有功功率，通过PI调节得到同步转速的频率递减量，降频减速。

上述异步变频电机减速过压抑制解决方法中，方法1适用于有多台变频器母线并联使用的工况，对单台变频器的工况无效；方法2与3需要加装外部装置，而外部装置有失效的风险，增加了系统成本及后期的维护难度；方法4通过对变频器自身自动调节解决过压问题，应用最为方便，但在具体效果上存在以下问题：

电压滞环控制法，减速时电机转速在“减速-保持-减速”状态之间循环往复，使母线电压反复波动，输出电流随母线电压波动而波动，导致电机转矩波动，转速不稳；另一方面母线电压对电解电容反复充放电，影响电容使用寿命。

“电压-有功功率”双闭环控制法，分为电压、有功功率两个调节环，整体控制系统复杂；控制关键变量“瞬时有功功率”的精确程度受输出电压、输出电流检测精度、程序计算的影响。

这两种方式均在母线电压高于“过压抑制点电压”后才开始调节，减速前期母线电压不受控，容易产生一个大于“过压抑制点电压”的冲击电压。为保证全过程母线电压在安全范围内，只能将“过压抑制点电压”设置值偏低，则削弱了再生制动电能的消耗能力，延长了减速时间；另一方面电压的冲击对母线电容寿命也会有一定的影响。

这两种方式不能做到减速时间最优。所谓减速时间最优，即整个减速过程，实际减速时间等于或最接近于用户设定变频器“减速时间”。减速过程中母线电压高于“过压抑制点电压”后，变频器自动延长了减速时间；后续再生制动电能减少，母线电压低于“过压抑制点电压”后，不会加快减速过程以补偿前期延长的减速时间。

发明内容