变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法技术

变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，包括如下步骤：在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器的电感、电阻参数输入到变频器的控制器中；当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的三相交流电抗器参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机转速，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机输入端电压矢量与变频器期望输出矢量之间的偏差；然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿。本发明专利技术的有益效果：通过这个前馈补偿，使得电动机输入端得到的定子电压矢量和变频器期望输出电压矢量完全一致，消除电抗器电感对实际电压矢量控制的影响。

【技术实现步骤摘要】
变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法
本专利技术涉及一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，应用于需要带输出电抗器运行的矢量控制。
技术介绍
在变频器的实际使用中，如果变频器所拖动的电动机与变频器之间的距离大于变频器产品标出的规定电缆长度，变频器就必须在它的输出侧加装滤波设备，从而增强变频器的长距离带载能力。滤波设备一般有三相交流输出电抗器、三相dv/dt滤波器和三相正弦波滤波器，其中以三相交流输出电抗器的价格最合理，使用普及程度最高。一般的变频器产品在带三相交流电抗器进行矢量控制运行时，并没有对控制算法进行特殊的处理，方法和不带三相交流电抗器时一样。由于三相交流电抗器的电压压降为输出电压的2％—4％，这个电压比重不算很大，在一般的使用场合中，变频器带三相交流电抗器运行仍能满足性能要求。但在一些高性能、高转速的交流传动场合，就会产生较明显的影响。图1是变频器不带三相交流电抗器的框图，图2是变频器带三相交流电抗器的框图。两者都是从三相电网1吸收三相电能，通过变频器2内部的交流变直流环节(AC-DC)和直流变交流环节(DC-AC)将三相电网1的工频电压变为幅值和频率可变的三相电压。两者的区别仅在于在变频器2的输出是否加有三相交流电抗器4去连接电动机3。图3是变频器不带三相交流电抗器时的矢量图，由于是采用磁场定向矢量控制，电动机的转子磁链ψr被定向在MT坐标系的M轴上，因此产生转子磁链的定子电流分量Ism也在M轴上，而产生转矩的定子电流分量Ist在与M轴正交的T轴上。电动机的输入功率因数角为θ，故电动机定子电压矢量Us和定子电流矢量Is的夹角为θ。电动机定子电压矢量Us在M轴和T轴上的分量分别为Usm和Ust。图4是变频器带三相交流电抗器时的矢量图，为了分析的简洁，忽略三相交流电抗器的电阻r。变频器期望输出电压矢量三相交流电抗器电压矢量ωLIs(L为三相交流电抗器的电感量，ω为流过三相交流电抗器的电流的角频率)和电动机定子电压矢量Us构成一个矢量三角形，和Us之间的夹角为δ，可见和Us在相角和幅值上都有区别。当变频器控制正常时，控制器产生的控制参考电压和变频器的输出电压矢量是相同的，因此由于三相交流电抗器的压降，变频器的实际控制电压和电动机实际得到的定子电压是不同的。由图3可知，电动机定子电压矢量Us在M轴和T轴上的分量模值Usm和Ust都小于在M轴和T轴上的分量模值和因此电动机不仅处于欠励磁状态，转矩分量电流也不足，电动机的转矩能力小于控制器的实际要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有变频器带输出电抗器进行矢量控制存在的上述不足，提供一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，对电动机输入端定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间产生的偏差进行补偿控制，提高电机的动态性能。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，包括如下步骤：1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器的电感、电阻参数输入到变频器的控制器中；2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的三相交流电抗器的电感、电阻参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差；3)然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿。按上述方案，该方法具体包括如下步骤：1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r输入到变频器的控制器中；2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据步骤1)离线输入的三相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速ω，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差，具体为：a、列写三相交流电抗器在三相静止坐标系中的时域方程：其中：电动机定子电流矢量(即变频器输出电流矢量)；变频器期望输出电压矢量；电动机定子电压矢量；转子磁链所在定向轴与定子轴的夹角(转子磁链的空间角度)，由电动机的转差角频率指令值与电动机实际转速ω相加后积分得到(转差角频率指令值通过如下步骤得到：电动机实际转速ω与控制器的电动机指令转速ω*之间的转速差经转速调节器后，得到转矩指令T*，转矩指令T*与电动机18的励磁电感Lm和转子电感Ls在转矩电流计算器中进行运算后，再与转子磁链值相除，得到与励磁轴T轴平行的T轴电流指令值在转差计算器中与励磁电感Lm和转子时间常数Tr进行运算，并与转子磁链值相除，得到转差角频率指令值)；b、将三相静止坐标系的时域方程变换到旋转的MT空间坐标系中，转子磁链所在定向轴为励磁轴M轴，为旋转的MT空间坐标系转过的空间角度，得到M轴变频器期望输出电压分量T轴变频器期望输出电压分量与M轴电动机定子电压分量Usm、T轴电动机定子电压分量Ust之间的偏差满足下式：其中，Ism、Ist分别为电动机定子电流矢量Is在M轴、T轴的分量(M轴实际电流Ism、T轴实际电流Ist)，ω为流过三相交流电抗器的电流的角频率，ωLIsm、ωLIst分别为三相交流电抗器电压矢量ωLIs在M轴、T轴的分量，在稳态时有：3)然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿，具体如下：设M轴电压前馈补偿量ΔUsm、T轴电压前馈补偿量ΔUst满足下式：ΔUsm＝rIsm-ωLIstΔUst＝rIst+ωLIsm则即M轴变频器期望输出电压分量T轴变频器期望输出电压分量分别为M轴电动机定子电压分量Usm、T轴电动机定子电压分量Ust加上对应的M轴电压前馈补偿量ΔUsm、T轴电压前馈补偿量ΔUst；因此，在M轴/T轴变频器期望输出电压分量(控制器输出电压矢量)中包含ΔUsm/ΔUst，抵消掉电抗器电感对电动机定子电压矢量(实际电压)的影响，即：则：分别为新的M轴/T轴控制器输出电压矢量，此时变频器的控制器输出电压和变频器实际输出到电机的定子电压相等。本专利技术的工作原理：本专利技术前馈解耦控制建立在电动机的磁场定向矢量控制之上。在磁场定向矢量控制中，电动机的转子磁链ψr被固定在一个旋转的MT空间坐标系的M轴上，MT空间坐标系的旋转速度选为电动机磁场的同步旋转角速度ω1。由于电动机的定子电流矢量Is也是以磁场的同步旋转角速度ω1进行旋转，所以定子电流矢量Is与旋转的MT空间坐标系相对静止，Is在与转子磁链ψr平行的励磁轴(即M轴)和与转子磁链ψr正交的转矩轴(即T轴)上分别形成两个投影Ism和Ist，在稳态时，Ism和Ist都是直流量，Ism的作用是激励并控制转子磁链ψr，通过控制Ism就能够控制转子磁场的强度，Ist的作用是与正交的转子磁链ψr相互作用，产生电动机的转矩，通过控制Ist就能够控制电动机的转矩力。由于Ism和Ist相互正交，彼此之间是解耦的，因此可以对Ism和Ist进行单独的控制。当通过控制Ism来保证转子磁链ψr不变时，单独控制Ist就能控制电动机的转矩。因此，磁场定向矢量控制中，分别对两个相互正交的坐标轴上的Ism和Ist进行控制，形成了两个电流控制回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器的电感、电阻参数输入到变频器的控制器中；2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的三相交流电抗器的电感、电阻参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差；3)然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿。

【技术特征摘要】
1.变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器的电感、电阻参数输入到变频器的控制器中；2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的三相交流电抗器的电感、电阻参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差；3)然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿；上述步骤1)-3)具体如下：1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r输入到变频器的控制器中；2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据步骤1)离线输入的三相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速ω，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差，具体为：a、列写三相交流电抗器在三相静止坐标系中的时域方程：其中：电动机定子电流矢量；变频器期望输出电压矢量；电动机定子电压矢量；转子磁链所在定向轴与定子轴的夹角，由电动机的转差角频率指令值与电动机实际转速ω相加后积分得到；b、将三相静止坐标系的时域方程变换到旋转的MT空间坐标系中，转子磁链所在定向轴为励磁轴M轴，为旋转的MT空间坐标系转过的空间角度，得到M轴变频器期望输出电压分量T轴变频器期望输出电压分量与M轴电动机定子电压分量Usm、T轴电动机定子电压分量Ust之间的偏差...

【专利技术属性】
技术研发人员：余骏，王国强，康现伟，
申请(专利权)人：中冶南方武汉自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42