[發明專利]基于無功電流補償的電機振蕩抑制方法

有效

• 申請號: 200810064634.8
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101309067A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 楊榮峰;陳偉;于泳;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P27/06
• 分類號: H02P27/06;H02P23/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明屬于異步電機調速領域，具體涉及一種抑制通用變頻器對電機調速時產生的中頻振蕩的方法。

背景技術

通用變頻器控制技術不依賴電機參數，不需要速度傳感器，控制方法簡單、容易實現，因此盡管它存在控制精度不高、速度響應慢等問題，但在一些對動態響應要求不高的場合，例如風機、水泵的轉速控制中仍得到廣泛使用。通用變頻器中多采用開環的V/F控制，由于控制系統中沒有閉環控制環節，在一定的電磁參數下，正常工作負載范圍也可能產生轉矩脈動，引起較大的機械振蕩，同時電機電流也出現大幅振蕩，嚴重影響變頻器和電機的正常使用，縮短電機和其他電氣設備的使用壽命。

引起電機振蕩的原因很多，例如逆變器死區效應將導致定子電流畸變，使電機轉速出現波動；直流母線電容品質也會影響電機的穩定運行；同時，振蕩與電機的運行狀態也有關，例如在電機中頻空載或輕載運行時更容易發生振蕩；振蕩現象和電機參數也有關系，例如電機電阻、電感和極對數等。

電機振蕩時，功率因數角、電流(包括無功和有功電流)均出現大幅振蕩，死區補償不容易準確，甚至可能補償錯誤，加重振蕩程度，因此僅靠死區補償難以抑制振蕩。如果能夠找到一種有效的負反饋機制，對變化量進行相應的抑制，就能達到穩定電機運行的目的。不少文獻據此提出了解決方案：有的方案根據直流母線電壓微分進行反饋調節，需要額外的直流母線電壓檢測電路；有的方案通過對輸出電流或者輸出電流中的有功電流進行微分負反饋調節，調節輸出電壓的頻率，進而實現對轉矩的控制，保證轉矩的穩定，但是實際操作中發現參數不易調節，并且容易在輸出電流中引入較多諧波；有的方案則借鑒了矢量控制的思想，對轉差頻率進行控制，但是這種方法對電機參數依賴，而且矢量計算復雜，不適用于通用變頻器。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于無功電流補償的電機振蕩抑制方法，以克服現有技術依賴電機參數，不適用于通用變頻器的缺陷。實現本發明的方法基于下述裝置：SVPWM信號發生器、逆變橋、坐標變換器、低通濾波器、一號減法器、PD調節器、積分器、二號減法器和三個電流傳感器，SVPWM信號發生器的三個輸出端分別連接逆變橋三相橋臂的三個控制端，坐標變換器的三個信號輸入端各自通過一個電流傳感器連接在逆變橋的一個電壓信號輸出端上，坐標變換器的信號輸出端通過低通濾波器連接在一號減法器的負相輸入端，一號減法器的輸出端通過PD調節器連接在二號減法器的負相輸入端，二號減法器的輸出端連接SVPWM信號發生器的一個輸入端，積分器的輸出端分別連接SVPWM信號發生器的另一個輸入端和坐標變換器的電壓矢量角度輸入端。

該方法通過下述步驟實現：一、通過三個電流傳感器獲取逆變橋輸出的三相電流信號；二、對三相電流信號進行坐標變換，從而計算出旋轉坐標系下的無功電流i_d；計算過程中利用積分器把給定電壓信號的角頻率ω積分出電壓矢量的旋轉角度θ，從而計算無功電流i_d；三、對無功電流i_d濾波；四、用一號減法器和PD調節器，對經過濾波的無功電流i_d與參考電流i_dref進行減法、比例和微分操作，獲得電壓調整量；五、把電壓調整量輸入二號減法器，與給定電壓信號U相減后輸入SVPWM信號發生器；六、SVPWM信號發生器根據二號減法器的輸出電壓和積分器輸出的電壓矢量的旋轉角度θ生成三相正弦調制信號，通過逆變橋驅動電機。

本發明工作時，二號減法器的正相輸入端施加給定電壓信號U，逆變橋的直流母線上施加電壓U_DC，一號減法器的正相輸入端施加給定的參考電流i_dref。

PWM類型電機驅動由于有逆變器開關操作，不可避免的包含發電狀態，發電狀態的存在是不穩定現象的主要原因，它造成了逆變器電源的不平穩，這種不穩定最終導致了電機振蕩。逆變器輸入到電機的功率包括有功功率和無功功率，無功功率正是反映了這種發電過程中產生了功率流動，無功功率變化越大，說明逆變器和電機的能量交換越不平衡，電機越容易發生振蕩。如果能夠穩定無功功率，即穩定無功電流，則能抑制電機振蕩。

另外，轉矩與氣隙主磁通和轉子電流的有功分量成正比，即

式中T_e為電磁轉矩，φ_M為氣隙主磁通，I′₂為轉子電流。

電機要穩定運行，就需要保持氣隙主磁通恒定。根據電機的T型等效電路，如圖3所示，無功電流大部分用來產生氣隙主磁通，有功電流大部分產生電磁轉矩。無功電流不穩定也說明電機氣隙磁通不穩，電機的轉矩容易發生脈動。