專利名稱：一種抑制變頻器過壓失速的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及變頻電機，更具體地說，涉及一種抑制變頻器過壓失速的方法及裝置。
背景技術：
由于一般變頻器母線上的電容都很大，在電機減速發電時，對母線電壓的控制為 一大慣性環節，存在較大的滯后。在控制上容易超調，導致變頻器過壓報警。業內通常采用變壓變頻控制(VVVF，簡稱V/F)控制算法來控制變頻電機的速度。 V/F的過壓失速問題一直是變頻器研發和使用過程中的難題。它既要滿足控制的有效性， 實現不過壓，又要達到功能的易用性，讓現場用戶在使用過程中易于理解接受，方便參數調 試。過壓失速的困難之處在于無法實現對母線電壓的精確控制，這源于V/F控制算法所固 有的特性。普通的V/F不需要準確的電機參數，因而無法實現對電機內部狀態參數的有效 控制。在一些特殊的V/F場合，為了避免過壓失速，改善減速性能，不得不加裝制動電 阻，將電機的能量消耗在制動電阻上。但是這將引起用戶成本上升，并且維護麻煩，因為制 動電阻使用一段時間后可能失效，需要更換，使得生產效率降低。傳統的過壓失速抑制方法通過手動判斷母線電壓的大小、變化斜率，通過改變減 速時間來改變頻率變化量。這種方法程序復雜、不可靠。對于不同功率等級的電機、不同負 載，參數的適應性差。由于沒有明確的控制方法，無法用數學模型來精確描述，因而適應性 差，通常使減速時間被拉的很長，母線電壓波動大，控制效果很不理想。而且現場用戶需要 反復調試各種參數，使用極不方便。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的過壓失速抑制方法得出的參數對 不同功率等級的電機、不同負載的適應性差、控制效果不好的缺陷，提供一種基于有功功率 反饋的過壓失速控制方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種抑制變頻器過壓失速的方 法，包括采樣母線電壓Vbus，并計算采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值 AVdc ；采樣電機相電流，并實時計算反饋功率Power ；當采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值AVdc大于零時，執行如下步 驟電壓調節器dcPID依照PID控制算法、基于所述采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點 Vbu/之間的差值AVdc計算瞬時功率的設定值Power* ；計算所述反饋功率Power與所述瞬時功率的設定值Power*之間的差值Δ Pt ；功率調節器ptPID依照PID控制算法、基于所述反饋功率Power與瞬時功率的設定值Power*之間的差值Δ Pt計算并輸出頻率的遞減值df* ；使用所述頻率的遞減值df*調節變頻器脈寬調制波(PWM)的頻率遞減量。在本發明所述的抑制變頻器過壓失速的方法中，所述電壓調節器dcPID的上、下 限參數由設定的過壓失速增益確定，其中，所述電壓調節器dcPID的上限參數用于限制瞬 時功率的設定值Power*的上限。在本發明所述的抑制變頻器過壓失速的方法中，所述功率調節器ptPID的上、下 限參數由設定的減速時間確定，其中，所述功率調節器PtPID的上限參數用于限制頻率遞 減量的上限。本發明解決其技術問題所采用的另一技術方案是構造一種抑制變頻器過壓失速 的裝置，包括用于采樣母線電壓Vbus的電路；用于采樣電機相電流并實時計算反饋功率Power的電路；第一加法器，用于計算采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值AVdc ；第二加法器；遵循PID控制算法的電壓調節器dcPID ；及遵循PID控制算法的功率調節器ptPID ；其中，當采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值AVdc大于零時所述電壓調節器dcPID基于所述采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值 AVdc計算瞬時功率的設定值Power* ；所述第二加法器計算所述反饋功率Power與所述瞬時功率的設定值Power*之間 的差值APt ；所述功率調節器ptPID基于所述反饋功率Power與瞬時功率的設定值Power*之 間的差值Δ Pt計算頻率的遞減值df*，并輸出所述頻率的遞減值df*。在本發明所述的抑制變頻器過壓失速的裝置中，所述電壓調節器dcPID的上、下 限參數由設定的過壓失速增益確定，其中，所述電壓調節器dcPID的上限參數用于限制瞬 時功率的設定值Power*的上限。在本發明所述的抑制變頻器過壓失速的裝置中，所述功率調節器ptPID的上、下 限參數由設定的減速時間確定，其中，所述功率調節器PtPID的上限參數用于限制頻率遞 減量的上限。實施本發明，具有以下有益效果由于采用電壓外環、功率內環的雙環控制，將電 壓環的調節結果作為功率控制的設定，能夠準確地實時計算電機回饋功率、調節輸出頻率 的遞減量，從而能夠快速有效地控制母線電壓，實現在電機減速時對母線電壓的精確控制。 能夠適用各種功率等級的電機、不同負載的場合。另外，輔助以特殊的控制參數整定方法，用減速時間設定作為頻率遞減量的上限， 通過調節過壓失速增益來調節外環的上下限，從而更有效的抑制能量的回饋。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明抑制變頻器過壓失速的裝置的結構示意圖2是本發明抑制變頻器過壓失速的方法的一實施例的流程圖；圖3是本發明抑制變頻器過壓失速的方法的另一實施例的流程圖；圖4是采用本發明的抑制變頻器過壓失速的方法和裝置，第一實例中得到實際測 試曲線圖；圖5是采用本發明的抑制變頻器過壓失速的方法和裝置，第二實例中得到實際測 試曲線圖。
具體實施例方式本發明提出電壓外環、功率內環的雙環控制，能夠有效地控制母線電壓，從而抑制 變頻器過壓失速。如圖1所示，本發明的抑制變頻器過壓失速的裝置100包括第一加法器110、電壓 調節器(dcPID) 120、第二加法器130、功率調節器(ptPID) 140及母線電壓采樣電路112、相 電流采樣及實時功率計算電路132、電壓調節器參數設定模塊(LT 1#) 122及功率調節器參 數設定模塊(LT 2#)142。其中，各部件的功能和用途將在后面結合圖2和圖3作詳細描述。本發明的控制原理是將過壓抑制點Vbu/和實際母線電壓之Vbus差AVdc作為電 壓調節器dcPID的輸入，dcPID依據PID (比例-積分-微分)控制算法調節輸出瞬時功率 的設定Power* ；通過采樣電機三相電流實時計算反饋功率Power，Power*和Power之差APt 作為功率調節器的輸入；經過功率調節器ptPID計算得到頻率的遞減值df* ；使用所述頻率 的遞減值dfH周節變頻器脈寬調制波(PWM)的頻率遞減量。在使用過程中，用戶首先需要根據變頻器、電機及負載的類型，設定過壓抑制點 Vbus*(略低于硬件過壓點)、過壓失速增益OVfein和減速時間decTime。其中，通過選擇/ 調整過壓失速增益OVfein的設定值可以調節dcPID的參數和其上下限，限制Power*的最 大值，從而增強對母線電壓的控制能力；通過設定減速時間decTime，計算頻率遞減量作為 PtPID的上限ΔFreqmax，從而實現減速時間設定的有效性。圖2是根據本發明一實施例的抑制變頻器過壓失速的方法200的流程圖。如圖2 所示，本發明的方法200從步驟210開始。之后，在步驟220，母線電壓采樣電路112對母線 電壓Vbus進行采樣；同時在步驟221，相電流采樣及實時功率計算電路132對電機三相電流 進行采樣，并實時計算反饋功率Power。在步驟230，第一加法器計算采樣母線電壓Vbus與過 壓抑制點Vbu/之間的差值八Vdc 0隨后，在判斷步驟M0，判斷AVdc是否大于零。在八Vdc 大于零的情況下，進入步驟250;在Δ Vdc小于或等于零的情況下，返回步驟220和221。在 步驟250，電壓調節器dcPID 120依照PID控制算法、基于采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點 Vbu/之間的差值Δ Vdc計算瞬時功率的設定值Power*。之后，在步驟沈0，第二加法器130 基于步驟221和步驟250的計算結果，計算反饋功率Power與瞬時功率的設定值Power*之 間的差值APt。在步驟270，功率調節器ptPID依照PID控制算法、基于反饋功率Power與 瞬時功率的設定值Power*之間的差值Δ Pt計算頻率的遞減值df*。在步驟觀0，輸出所計 算的頻率的遞減值df*給控制單元，用以調節變頻器脈寬調制波(PWM)的頻率遞減量。同 時方法200返回步驟220和221，繼續對母線電壓和電機相電流進行監測。圖3是根據本發明另一實施例的抑制變頻器過壓失速的方法300的流程圖。圖3 所示的方法300與圖2中的方法200大部分相同，對相同的步驟此處不再贅述。不同之處在于對電機相電流的采樣和對實時反饋功率Power的計算是在步驟251中進行的，當判斷 步驟MO中判斷AVdc大于零的情況下，才執行步驟250和251以及之后的步驟。也就是 說，在本實施例中，僅當△ Vdc大于零的情況下，相電流采樣及實時功率計算電路132才工作。在本發明的技術方案中，在控制參數整定上，內環需采用高增益，擴展功率閉環采 用高增益環節，擴展環路帶寬，提高響應速度。同時為提高減速性能，需要輔助以過勵磁控 制，加快電機能量的消耗，從而達到理想的減速效果。圖4是采用本發明的抑制變頻器過壓失速的方法和裝置，第一實例中得到實際測 試曲線圖。在圖4中，橫軸代表時間、縱軸代表電壓/電流值，曲線Vbus代表母線電壓、曲線 I代表電機電流、曲線Vp代表過壓點電壓；電機功率為15KW的情況下測試，帶大慣性負載， 設置減速時間1. Osec，過壓抑制后實際減速時間約為kec。圖5是采用本發明的抑制變頻器過壓失速的方法和裝置，第二實例中得到實際測 試曲線圖。在圖5中，橫軸代表時間、縱軸代表電壓/電流值，曲線Vbus代表母線電壓、曲線 I代表電機電流、曲線Vp代表過壓點電壓；電機功率為160Kw的情況下測試，帶大慣性負載， 設置減速時間20. Osec，過壓抑制后實際減速時間約為38. Osec。從圖4和圖5的曲線上看，母線電壓都得到了有效的控制，沒有出現過壓現象。本發明采用電壓外環、功率內環的雙環控制。電壓環的調節結果作為功率控制的 設定，準確計算回饋功率，調節輸出頻率的遞減量。輔助以特殊的控制參數整定方法，用減 速時間設定作為頻率遞減量的上限，通過調節過壓失速增益去調節外環的上下限，從而更 有效的抑制能量的回饋。與現有技術相比，采用實時計算電機能量回饋，增加對有功功率的 閉環控制作為內環，從而增加對母線電壓控制的快速性、有效性。能夠實現在電機減速時對 母線電壓的精確控制。
權利要求
1.一種抑制變頻器過壓失速的方法，其特征在于，包括采樣母線電壓Vbus，并計算采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值AVdc ； 采樣電機相電流，并實時計算反饋功率Power ；當采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值AVdc大于零時，執行如下步驟 電壓調節器dcPID依照PID控制算法、基于所述采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/ 之間的差值AVdc計算瞬時功率的設定值Power* ；計算所述反饋功率Power與所述瞬時功率的設定值Power*之間的差值APt ； 功率調節器PtPID依照PID控制算法、基于所述反饋功率Power與瞬時功率的設定值 Power*之間的差值APt計算并輸出頻率的遞減值df* ；使用所述頻率的遞減值dfH周節變頻器脈寬調制波(PWM)的頻率遞減量。
2.根據權利要求1所述的抑制變頻器過壓失速的方法，其特征在于，所述電壓調節器 dcPID的上、下限參數由設定的過壓失速增益確定，其中，所述電壓調節器dcPID的上限參 數用于限制瞬時功率的設定值Power*的上限。
3.根據權利要求1所述的抑制變頻器過壓失速的方法，其特征在于，所述功率調節器 PtPID的上、下限參數由設定的減速時間確定，其中，所述功率調節器ptPID的上限參數用 于限制頻率遞減量的上限。
4.一種抑制變頻器過壓失速的裝置，其特征在于，包括 用于采樣母線電壓Vbus的電路；用于采樣電機相電流并實時計算反饋功率Power的電路； 第一加法器，用于計算采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值AVdc ； 第二加法器；遵循PID控制算法的電壓調節器dcPID ；及 遵循PID控制算法的功率調節器ptPID ；其中，當采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值AVdc大于零時 所述電壓調節器dcPID基于所述采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbu/之間的差值 AVdc計算瞬時功率的設定值Power* ；所述第二加法器計算所述反饋功率Power與所述瞬時功率的設定值Power*之間的差 值 APt ；所述功率調節器PtPID基于所述反饋功率Power與瞬時功率的設定值Power*之間的 差值Δ Pt計算頻率的遞減值df*，并輸出所述頻率的遞減值df*。
5.根據權利要求4所述的抑制變頻器過壓失速的裝置，其特征在于，所述電壓調節器 dcPID的上、下限參數由設定的過壓失速增益確定，其中，所述電壓調節器dcPID的上限參 數用于限制瞬時功率的設定值Power*的上限。
6.根據權利要求4所述的抑制變頻器過壓失速的裝置，其特征在于，所述功率調節器 PtPID的上、下限參數由設定的減速時間確定，其中，所述功率調節器ptPID的上限參數用 于限制頻率遞減量的上限。
全文摘要
本發明涉及抑制變頻器過壓失速的方法和裝置。包括采樣母線電壓Vbus，并計算采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbus*之間的差值ΔVdc；采樣電機相電流，并實時計算反饋功率Power；當采樣母線電壓Vbus與過壓抑制點Vbus*之間的差值ΔVdc大于零時，執行如下步驟電壓調節器dcPID基于ΔVdc計算瞬時功率的設定值Power*；計算反饋功率Power與瞬時功率的設定值Power*之間的差值ΔPt；功率調節器ptPID基于ΔPt計算并輸出頻率的遞減值df*，用以調節變頻器脈寬調制波的頻率遞減量。實施本發明，由于采用電壓外環、功率內環的雙環控制，將電壓環的調節結果作為功率控制的設定，能夠準確地實時計算電機回饋功率、調節輸出頻率的遞減量，從而能夠快速有效地控制母線電壓，實現在電機減速時對母線電壓的精確控制。
文檔編號H02H7/12GK102136719SQ20101004286
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月21日 優先權日2010年1月21日
發明者李潤, 肖慶清 申請人:深圳市匯川技術股份有限公司