變頻器帶輸出電抗器運行的前饋解耦矢量控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種變頻器帶輸出電抗器運行的前饋解耦矢量控制方法，應用于需要 帶輸出電抗器運行的矢量控制。
【背景技術】
[0002] 在變頻器的實際使用中，如果變頻器所拖動的電動機與變頻器之間的距離大于變 頻器產品標出的規定電纜長度，變頻器就必須在它的輸出側加裝濾波設備，從而增強變頻 器的長距離帶載能力。濾波設備一般有三相交流輸出電抗器、三相dv/dt濾波器和三相正 弦波濾波器，其中以三相交流輸出電抗器的價格最合理，使用普及程度最高。
[0003] -般的變頻器產品在帶三相交流電抗器進行矢量控制運行時，并沒有對控制算法 進行特殊的處理，方法和不帶三相交流電抗器時一樣。由于三相交流電抗器的電壓壓降為 輸出電壓的2%-4%，這個電壓比重不算很大，在一般的使用場合中，變頻器帶三相交流電 抗器運行仍能滿足性能要求。但在一些高性能、高轉速的交流傳動場合，就會產生較明顯的 影響。
[0004] 圖1是變頻器不帶三相交流電抗器的框圖，圖2是變頻器帶三相交流電抗器的框 圖。兩者都是從三相電網1吸收三相電能，通過變頻器2內部的交流變直流環節（AC-DC) 和直流變交流環節（DC-AC)將三相電網1的工頻電壓變為幅值和頻率可變的三相電壓。兩 者的區別僅在于在變頻器2的輸出是否加有三相交流電抗器4去連接電動機3。
[0005] 圖3是變頻器不帶三相交流電抗器時的矢量圖，由于是采用磁場定向矢量控制， 電動機的轉子磁鏈被定向在MT坐標系的M軸上，因此產生轉子磁鏈的定子電流分量Ism 也在M軸上，而產生轉矩的定子電流分量Ist在與M軸正交的T軸上。電動機的輸入功率因 數角為9,故電動機定子電壓矢量1和定子電流矢量I3的夾角為0。電動機定子電壓矢 量1在M軸和T軸上的分量分別為Usm和Ust。
[0006] 圖4是變頻器帶三相交流電抗器時的矢量圖，為了分析的簡潔，忽略三相交流電 抗器的電阻r。變頻器期望輸出電壓矢量I/】、三相交流電抗器電壓矢量《LIS(L為三相交流 電抗器的電感量，《為流過三相交流電抗器的電流的角頻率）和電動機定子電壓矢量1構 成一個矢量三角形，《和Us之間的夾角為S，可見[^和Us在相角和幅值上都有區別。當 變頻器控制正常時，控制器產生的控制參考電壓和變頻器的輸出電壓矢量是相同的，因此 由于三相交流電抗器的壓降，變頻器的實際控制電壓和電動機實際得到的定子電壓是不同 的。由圖3可知，電動機定子電壓矢量1在M軸和T軸上的分量模值Usm和Ust都小于W 在M軸和T軸上的分量模值1C,和。因此電動機不僅處于欠勵磁狀態，轉矩分量電流也不 足，電動機的轉矩能力小于控制器的實際要求。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的技術問題是，針對現有變頻器帶輸出電抗器進行矢量控制存在的 上述不足，提供一種變頻器帶輸出電抗器運行的前饋解耦矢量控制方法，對電動機輸入端 定子電壓矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間產生的偏差進行補償控制，提高電機的動態 性能。
[0008] 本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：
[0009] -種變頻器帶輸出電抗器運行的前饋解耦矢量控制方法，包括如下步驟：
[0010] 1)在變頻器運行前，將變頻器所配置的三相交流電抗器的電感、電阻參數輸入到 變頻器的控制器中；
[0011] 2)當變頻器開始運行，控制器進行矢量控制時，控制器根據離線輸入的三相交流 電抗器的電感、電阻參數，配合變頻器內部電流傳感器檢測到的變頻器三相輸出電流和電 動機測速器件得到的電動機實際轉速，計算得到三相交流電抗器所產生的電動機定子電壓 矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差；
[0012] 3)然后在控制器的輸出電壓參考波形中對這個偏差進行前饋補償。
[0013] 按上述方案，該方法具體包括如下步驟：
[0014] 1)在變頻器運行前，將變頻器所配置的三相交流電抗器單相電感量L、單相電阻 值r輸入到變頻器的控制器中；
[0015] 2)當變頻器開始運行，控制器進行矢量控制時，控制器根據步驟1)離線輸入的三 相交流電抗器單相電感量L、單相電阻值r，配合變頻器內部電流傳感器檢測到的變頻器三 相輸出電流和電動機測速器件得到的電動機實際轉速《，計算得到三相交流電抗器所產生 的電動機定子電壓矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差，具體為：
[0016]a、列寫三相交流電抗器在三相靜止坐標系中的時域方程：
【主權項】
1. 變頻器帶輸出電抗器運行的前饋解禪矢量控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 在變頻器運行前，將變頻器所配置的H相交流電抗器的電感、電阻參數輸入到變頻 器的控制器中； 2) 當變頻器開始運行，控制器進行矢量控制時，控制器根據離線輸入的H相交流電抗 器的電感、電阻參數，配合變頻器內部電流傳感器檢測到的變頻器H相輸出電流和電動機 測速器件得到的電動機實際轉速，計算得到H相交流電抗器所產生的電動機定子電壓矢量 與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差； 3) 然后在控制器的輸出電壓參考波形中對該個偏差進行前饋補償。
2. 根據權利要求1所述的變頻器帶輸出電抗器運行的前饋解禪矢量控制方法，其特征 在于，該方法具體包括如下步驟： 1) 在變頻器運行前，將變頻器所配置的H相交流電抗器單相電感量L、單相電阻值r輸 入到變頻器的控制器中； 2) 當變頻器開始運行，控制器進行矢量控制時，控制器根據步驟1)離線輸入的H相交 流電抗器單相電感量L、單相電阻值r，配合變頻器內部電流傳感器檢測到的變頻器H相輸 出電流和電動機測速器件得到的電動機實際轉速U，計算得到H相交流電抗器所產生的電 動機定子電壓矢量與變頻器期望輸出電壓矢量之間的偏差，具體為： a、 列寫H相交流電抗器在H相靜止坐標系中的時域方程：
其中；/s =|/,|八>，電動機定子電流矢量； 叫e如，變頻器期望輸出電壓矢量； 時趴電動機定子電壓矢量； <?:轉子磁鏈所在定向軸與定子軸的夾角，由電動機的轉差角頻率指令值與電動機 實際轉速《相加后積分得到； b、 將H相靜止坐標系的時域方程變換到旋轉的MT空間坐標系中，轉子磁鏈所在定向 軸為勵磁軸M軸，^為旋轉的MT空間坐標系轉過的空間角度，得到M軸變頻器期望輸出電 壓分量tC,、T軸變頻器期望輸出電壓分量CC與M軸電動機定子電壓分量&m、T軸電動機 定子電壓分量之間的偏差滿足下式：
其中，分別為電動機定子電流矢量I S在M軸、T軸的分量，《為流過H相交流電 抗器的電流的角頻率，分別為H相交流電抗器電壓矢量《LI ,在M軸、T軸的 分量，在穩態時有：
3)然后在控制器的輸出電壓參考波形中對該個偏差進行前饋補償，具體如下： 設M軸電壓前饋補償量A &m、T軸電壓前饋補償量A 滿足下式： AUsu= rl su"?LIst AUst=rIst+?LIsm 則 U:m=Usm 調sm U:=U" + Wst 即M軸變頻器期望輸出電壓分量iC、T軸變頻器期望輸出電壓分量tC分別為M軸電 動機定子電壓分量U,m、T軸電動機定子電壓分量U J]日上對應的M軸電壓前饋補償量A U ,m、 T軸電壓前饋補償量A &t; 因此，在M軸/T軸變頻器期望輸出電壓分量的,/的中包含A U,m/ A &t，抵消掉電抗器 電感對電動機定子電壓矢量的影響，即； U:m=U:'、*Wsm K=的+ M/,, 則： U:、=Usm U:、二 Us, tC、的1分別為新的M軸/T軸控制器輸出電壓矢量，此時變頻器的控制器輸出電壓和 變頻器實際輸出到電機的定子電壓相等。
【專利摘要】變頻器帶輸出電抗器運行的前饋解耦矢量控制方法，包括如下步驟：在變頻器運行前，將變頻器所配置的三相交流電抗器的電感、電阻參數輸入到變頻器的控制器中；當變頻器開始運行，控制器進行矢量控制時，控制器根據離線輸入的三相交流電抗器參數，配合變頻器內部電流傳感器檢測到的變頻器三相輸出電流和電動機測速器件得到的電動機轉速，計算得到三相交流電抗器所產生的電動機輸入端電壓矢量與變頻器期望輸出矢量之間的偏差；然后在控制器的輸出電壓參考波形中對這個偏差進行前饋補償。本發明的有益效果：通過這個前饋補償，使得電動機輸入端得到的定子電壓矢量和變頻器期望輸出電壓矢量完全一致，消除電抗器電感對實際電壓矢量控制的影響。
【IPC分類】H02P27-08, H02P21-00
【公開號】CN104601070
【申請號】CN201410839696
【發明人】余駿, 王國強, 康現偉
【申請人】中冶南方（武漢）自動化有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月29日