異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩的抑制方法以及V/F調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩抑制方法以及V/F調(diào)速系統(tǒng)，所述方法包括：提取定子電流中的無(wú)功電流振蕩部分，調(diào)整定子電壓矢量幅值；采用空間電壓矢量脈沖寬度調(diào)制，生成PWM信號(hào)對(duì)逆變器中的IGBT進(jìn)行控制，完成異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。所述系統(tǒng)包括：整流器、逆變器、異步電機(jī)、DSP主控芯片、電流互感器、隔離驅(qū)動(dòng)光耦。本發(fā)明專利技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)的V/F調(diào)速系統(tǒng)輕載不穩(wěn)定的問(wèn)題，采用電壓補(bǔ)償控制方法，在定子電壓定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，將定子電流分解為有功分量和無(wú)功分量，根據(jù)無(wú)功電流的振蕩成分來(lái)調(diào)整定子電壓幅值，有效地抑制了異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩現(xiàn)象，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及異步電機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)，特別是涉及一種異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩抑制方法以及V/F調(diào)速系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。異步電機(jī)變頻調(diào)速控制方法可分為：恒壓頻比(V/F)控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式、矢量控制(VC)方式和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式。矢量控制的控制精度較高，能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)性能相媲美，因此，一直受到廣泛的關(guān)注，也是眾多學(xué)者研究的主要方向。但是，矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，嚴(yán)重依賴電機(jī)參數(shù)，且通常需要速度傳感器。與矢量控制變頻調(diào)速控制技術(shù)相比，通用變頻調(diào)速技術(shù)精度相對(duì)較差，但具有不依賴電機(jī)參數(shù)，不需要速度傳感器，控制方法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。因此，在工程實(shí)際中，通用變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，目前大部分的變頻調(diào)速系統(tǒng)都采用這樣一種模式，尤其在風(fēng)機(jī)、水泵等調(diào)速性能要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合。在目前的低壓變頻器控制方式上，產(chǎn)品采用不同調(diào)速方式，其比例大致為：48.2％產(chǎn)品采用V/F控制，25.5％產(chǎn)品采用閉環(huán)矢量控制，15.6％產(chǎn)品采用開(kāi)環(huán)矢量控制，4.8％產(chǎn)品采用DTC控制，其余5.9％采用其他控制方式。可見(jiàn)，采用V/F控制方式的通用變頻調(diào)速系統(tǒng)占據(jù)了大部分的市場(chǎng)，如果能對(duì)其部分性能進(jìn)行改善，將使其得到更廣泛的應(yīng)用。交流電機(jī)在PWM方式供電的條件下在電機(jī)輕載或者空載的時(shí)候由于某些原因電機(jī)會(huì)在一個(gè)比較寬的頻率段系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大，輸出頻率也會(huì)有一定改變，電流的振蕩有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)檫^(guò)電流而誤觸發(fā)報(bào)警，使系統(tǒng)不能穩(wěn)定可靠的工作。引起振蕩的原因很多，如定子電阻、轉(zhuǎn)子慣量、死區(qū)時(shí)間、DC濾波電容、載波頻率、系統(tǒng)共振頻率等，比較普遍的觀點(diǎn)是電機(jī)和變頻器在能量交換過(guò)程中引起的。對(duì)死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償后可以有效的減少振蕩的幅度，但不能從根本上抑制振蕩。現(xiàn)有技術(shù)中一種有效的方法是當(dāng)振蕩發(fā)生時(shí)，相應(yīng)改變實(shí)際輸出的頻率或者電壓，通過(guò)電流形成一個(gè)簡(jiǎn)單的負(fù)反饋系統(tǒng)，達(dá)到抑制振蕩的目的[5]。但是這種方法也有一定的局限性。由于不同電機(jī)的振蕩頻率范圍是不一樣的，從5Hz-30Hz左右變化，而采用電流的幅值控制，只是一個(gè)標(biāo)量，這就使得控制的效果不佳，系統(tǒng)的魯棒性降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于一種異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩抑制方法以及系統(tǒng)，確保電機(jī)在空載或輕載時(shí)，整個(gè)頻率段都能平穩(wěn)運(yùn)行。本專利技術(shù)為解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩抑制方法，包括以下步驟：步驟一：根據(jù)V/F曲線，計(jì)算定子電壓矢量幅值和相位；步驟二：采樣定子電流，提取定子電流中的無(wú)功電流振蕩部分，調(diào)整定子電壓矢量幅值；步驟三：采用空間電壓矢量脈沖寬度調(diào)制，根據(jù)調(diào)整后的定子電壓矢量的幅值和相位，利用SVPWM合成定子電壓矢量，然后生成PWM信號(hào)對(duì)逆變器中的IGBT進(jìn)行控制，完成異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。進(jìn)一步，步驟二具體包括：在兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中，定義dq坐標(biāo)系的d軸按定子電壓矢量V定向，在dq坐標(biāo)系下，定子電流矢量I滯后電壓矢量V，采集的定子電流矢量在dq坐標(biāo)系的兩個(gè)分量id、iq分別為有功電流、無(wú)功電流；通過(guò)式(1)提取iq的振蕩成分Δiq： Δi q = i q 1 1 + τ 1 s - i q 1 1 + τ 2 s - - - ( 1 ) ]]>式中，τ1＜τ2，時(shí)間常數(shù)為τ1的低通濾波器主要濾除iq中的高頻噪聲，時(shí)間常數(shù)為τ2的低通濾波器除濾除高頻噪聲外還濾除振蕩成分，兩低通濾波后的結(jié)果相減得到iq的振蕩成分；根據(jù)Δiq，通過(guò)式(2)調(diào)整定子電壓幅值：V＝V′+kΔiq (2)式中，V′為V/F曲線輸出電壓值，k為振蕩抑制系數(shù)。一種應(yīng)用上述方法的V/F調(diào)速系統(tǒng)，包括整流器、逆變器、異步電機(jī)、DSP主控芯片、電流互感器、隔離驅(qū)動(dòng)光耦；所述整流器的輸入端連接電網(wǎng)，用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電并輸出至逆變器；所述逆變器的輸出端連接異步電機(jī)的輸入端，用于輸出交流電驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)；所述電流互感器的輸入端連接異步電機(jī)的輸入端，用于采樣異步電機(jī)的定子電流；所述DSP主控芯片內(nèi)含ADC模塊、事件管理器；所述ADC模塊被配置成接收電流互感器輸出的定子電流的采樣值，并對(duì)采樣值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；所述事件管理器包括通用定時(shí)器、全比較單元及相關(guān)PWM電路；其中所述全比較單元及相關(guān)的PWM電路被配置成產(chǎn)生3組6路周期不變但脈寬可變的PWM信號(hào)，調(diào)整全比較單元的比較寄存器的值能夠調(diào)整PWM信號(hào)的脈寬，所述PWM信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)光耦輸出至逆變器，通過(guò)PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變器的IGBT通斷，進(jìn)而控制逆變電機(jī)；所述通用定時(shí)器被配置成提供全比較單元及相關(guān)PWM電路時(shí)鐘基準(zhǔn)，并通過(guò)使能其中斷以啟動(dòng)ADC模塊，，在中斷程序中，判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成；若完成，則讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；根據(jù)V/A曲線，計(jì)算定子電壓矢量幅值和相位；提取定子電流中的無(wú)功電流振蕩部分，調(diào)整定子電壓矢量幅值；基于SVPWM合成定子電壓矢量，計(jì)算所需PWM信號(hào)的占空比；據(jù)此更新全比較單元的比較寄存器的值，更新PWM信號(hào)的脈寬，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的V/F調(diào)速控制。進(jìn)一步，所述通用定時(shí)器被設(shè)置為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式，使全比較單元產(chǎn)生對(duì)稱的PWM信號(hào)。進(jìn)一步，所述通用定時(shí)器被配置成當(dāng)下溢中斷標(biāo)志出現(xiàn)時(shí)，啟動(dòng)ADC模塊。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)的V/F調(diào)速系統(tǒng)輕載不穩(wěn)定的問(wèn)題，采用電壓補(bǔ)償控制方法，在定子電壓定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，將定子電流分解為有功分量和無(wú)功分量，根據(jù)無(wú)功電流的振蕩成分來(lái)調(diào)整定子電壓幅值，有效地抑制了異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩現(xiàn)象，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。附圖說(shuō)明圖1是異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路；圖2是定子電流矢量分解示意圖；圖3是本專利技術(shù)的V/F調(diào)速系統(tǒng)原理框圖；圖4是本專利技術(shù)的V/F調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖5是中斷程序的流程圖；圖6是V/F調(diào)速系統(tǒng)振蕩抑制措施15Hz至20Hz加速過(guò)程波形圖；圖7是V/F調(diào)速系統(tǒng)無(wú)振蕩抑制措施30Hz運(yùn)行波形圖；圖8是V/F調(diào)速系統(tǒng)無(wú)振蕩抑制措施30Hz-40Hz加速過(guò)程波形圖；圖9是V/F調(diào)速系統(tǒng)有振蕩抑制措施10Hz-50Hz加速過(guò)程波形圖；圖10是V/F調(diào)速系統(tǒng)有振蕩抑制措施30Hz運(yùn)行波形圖。具體實(shí)施方式異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路如圖1所示，圖中V為定子電壓、I為定子電流，rs為定子電阻、Lsσ為定子漏感，Lm為互感，L′rσ為轉(zhuǎn)子漏感(折算到定子側(cè))、r′r為轉(zhuǎn)子電阻(折算到定子側(cè))，s為轉(zhuǎn)差率。由圖1可以看出異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)電路呈阻感特性，定子電流可以分解為有功分量id和無(wú)功分量iq，無(wú)功本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：根據(jù)V/F曲線，計(jì)算定子電壓矢量幅值和相位；步驟二：采樣定子電流，提取定子電流中的無(wú)功電流振蕩部分，調(diào)整定子電壓矢量幅值；步驟三：采用空間電壓矢量脈沖寬度調(diào)制，根據(jù)調(diào)整后的定子電壓矢量的幅值和相位，利用SVPWM合成定子電壓矢量，然后生成PWM信號(hào)對(duì)逆變器中的IGBT進(jìn)行控制，完成異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：根據(jù)V/F曲線，計(jì)算定子電壓矢量幅值和相位；步驟二：采樣定子電流，提取定子電流中的無(wú)功電流振蕩部分，調(diào)整定子電壓矢量幅值；步驟三：采用空間電壓矢量脈沖寬度調(diào)制，根據(jù)調(diào)整后的定子電壓矢量的幅值和相位，利用SVPWM合成定子電壓矢量，然后生成PWM信號(hào)對(duì)逆變器中的IGBT進(jìn)行控制，完成異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異步電機(jī)V/F調(diào)速輕載振蕩抑制方法，其特征在于，所述步驟二具體包括：在兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中，定義dq坐標(biāo)系的d軸按定子電壓矢量V定向，在dq坐標(biāo)系下，定子電流矢量I滯后電壓矢量V，采集的定子電流矢量在dq坐標(biāo)系的兩個(gè)分量id、iq分別為有功電流、無(wú)功電流；通過(guò)式(1)提取iq的振蕩成分Δiq： Δi q = i q 1 1 + τ 1 s - i q 1 1 + τ 2 s - - - ( 1 ) ]]>式中，τ1＜τ2，時(shí)間常數(shù)為τ1的低通濾波器主要濾除iq中的高頻噪聲，時(shí)間常數(shù)為τ2的低通濾波器除濾除高頻噪聲外還濾除振蕩成分，兩低通濾波后的結(jié)果相減得到iq的振蕩成分；根據(jù)Δiq，通過(guò)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王天雷，王柱，王天擎，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：五邑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44