一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，通过控制交直轴参考电流使电机无论是在轻载运行工况还是额定负载工况都具有较高的输入功率因数。相比于逆变器输入电流反馈控制和逆变器输出功率反馈控制方法，关联交流输入电压和电流的直接输入功率直接控制方法不仅降低了系统控制的复杂度、增加了系统控制的精度和动态响应，而且使用的传感器较少，降低了系统的成本。同时采用低功率限制单元避免较低的输入功率对电机运行性能如转矩和转速的不利影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流母线无电解电容单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，属于电机驱动控制领域。
技术介绍
单相二极管整流供电的三相逆变电机驱动系统一般采用大容量电解电容来平衡瞬时输入功率和输出功率。然而，大容量电解电容的存在不仅会影响驱动控制系统的可靠性，也会降低输入功率因数。传统的方法是采用无源功率因数矫正电路或有源功率因数矫正电路，然而这些方法需要额外的器件，这不仅降低了系统的效率，也增大了系统的成本和体积。针对大容量电解电容对电机驱动系统的不利影响，研究者提出采用体积小、成本低和长寿命的小容量薄膜电容替代电解电容的单相二极管整流器供电三相逆变电机驱动系统。由于薄膜电容不具有稳压作用，因而，直流母线电压随着负载的变化而变化。当电机工作于重载工况时，较大变化范围的直流母线电压可以增加整流二极管的导通角，从而使系统获得较高的输入功率因数。然而，当电机工作于轻载工况时，直流母线电压的变化范围较小，这使得系统的输入功率因数较低。为了使系统在轻载和重载工况下都能够获得较高的功率因数，需要利用三相逆变器的功率管对输入电流进行控制。目前，高输入功率因数控制方法主要有逆变器输入电流反馈控制和逆变器输出功率反馈控制两种。逆变器输入电流反馈控制可使系统在轻载和重载工况下实现高输入功率因数运行，但由于需要采用相位补偿的方法补偿因低通滤波器而造成的相位延迟的逆变器输入电流，因而增加了系统控制的复杂性。逆变器输出功率反馈控制无需采用低通滤波器，因而可以避免相移对输入功率因数的影响。但变化范围较大的直流母线电压影响了交直流参考电流和电流调节器的输出偏差信号，因而逆变器输出功率无法进行精确的计算。同时需要增加直流母线电压和电流的检测电路，增加了系统的成本。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，实现系统的高输入功率因数运行。技术方案：一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，包括以下步骤：(1)，检测电机转子位置角θ，并根据电机的转子位置角计算电机的实际转速ω；然后将电机的实际转速ω和给定转速ω*比较后得到转速偏差信号，该转速偏差信号经速度调节器得到的信号作为输入功率参考的幅值Pin_amp；(2)，检测单相二极管整流器的交流输入电压，并用相角ɑ补偿因交流输入线电阻R和线电感L引起的交流输入电压信号延迟，将相位补偿后的电压信号的平方作为输入功率参考的脉动分量Pin；然后将输入功率参考的脉动分量Pin输入到低功率限制单元，当输入功率脉动分量Pin小于预设功率Pset时，低功率限制单元无输出信号，否则输出Pin；再将低功率限制单元输出信号与步骤(1)所得的输入功率参考的幅值Pin_amp相乘得到输入功率参考(3)，将输入功率参考直流母线电压Vdc以及逆变器输出线电压Vs作为交直轴电流参考发生器的输入，直流母线电压Vdc与逆变器输出线电压Vs的差值经PI调节器后得到调整角θ；当调整角θ≥0时，得到中间变量当调整角θ<0时，得到中间变量对信号进行限幅处理并作为直轴参考电流并得到交轴参考电流的模等于当中间变量i≥0时，得到交轴参考电流当中间变量i<0时，得到交轴参考电流其中，逆变器输出线电压分别为两相静止坐标系下α轴电压和β轴电压，ismax为电机最大定子电流；(4)，采集三相逆变器输出相电流ia和ib，经Clark和Park变换得到两相旋转坐标系下的直轴电流id和交轴电流iq，分别和步骤(3)得到的直轴参考电流和交轴参考电流比较后，再经电流调节器得到直轴电压ud和交轴电压uq；(5)，将两相旋转坐标系下的直轴电压ud和交轴电压uq中的交直轴电流和进行解耦，得到两相旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压分别为：其中，ωe、Ld、Lq和ψ分别为电机的电角速度、直轴电感、交轴电感和永磁磁链；(6)，将两相旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压经Park逆变换得到两相静止坐标系下α轴电压和β轴电压将α轴电压和β轴电压及直流母线电压Vdc输入到空间矢量脉冲宽度调制单元，运算输出的六路脉冲调制信号驱动三相逆变器的功率管。进一步的，速度调节器和电流调节器采用PI调节器或PID调节器或滑膜调节器或神经网络调节器。有益效果：针对现有直流母线无电解电容单相二极管整流供电三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法的不足，本专利技术的一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法具有以下优点：1.相比于逆变器输入电流反馈控制和逆变器输出功率反馈控制方法，该控制方法仅需要检测交流输入电压信号、直流母线电压信号和逆变器输出相电流信号，降低了系统的成本；2.直接控制与输入交流电压和电流相关联的输入功率不仅降低了系统控制的复杂度，而且也增加了系统控制的精度和动态响应；3.无论电机工作在轻载还是重载工况均可实现高输入功率因数运行；4.不采用低通滤波器，无需补偿滤波延迟引起的相位延迟；5.采用低功率限制单元可避免瞬时低输入功率对电机性能的不利影响。附图说明图1为系统整体控制方法框图；图2为交直轴参考电流产生框图；图3为电机工作在轻载时的直流母线电压仿真波形；图4为电机工作在轻载时的交直轴电流仿真波形；图5为电机工作在轻载时的输入电压和输入电流仿真波形；图6为电机工作在轻载时各次谐波和IEC61000-3-1规范比对图；图7为电机工作在重载时的直流母线电压仿真波形；图8为电机工作在重载时的交直轴电流仿真波形；图9为电机工作在重载时的输入电压和输入电流仿真波形；图10为电机工作在重载时各次谐波和IEC61000-3-1规范比对图；图11为电机不同负载对应功率因数图；图12为本系统硬件结构框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示，一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，包括以下步骤：(1)，利用编码器检测电机转子位置角θ，并根据电机的转子位置角计算电机的实际转速ω。然后将电机的实际转速ω和给定转速ω*比较后得到转速偏差信号，该转速偏差信号经速度调节器ASR得到的信号作为输入功率参考的幅值Pin_amp。(2)，检测单相二极管整流器的交流输入电压，并用相角ɑ补偿因交流输入线电阻R和线电感L引起的交流输入电压信号延迟，将相位补偿后的电压信号的平方作为输入功率参考的脉动分量Pin。然后将输入功率参考的脉动分量Pin输入到低功率限制单元，当输入功率脉动分量Pin小于预设功率Ps本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)，检测电机转子位置角θ，并根据电机的转子位置角计算电机的实际转速ω；然后将电机的实际转速ω和给定转速ω*比较后得到转速偏差信号，该转速偏差信号经速度调节器得到的信号作为输入功率参考的幅值Pin_amp；(2)，检测单相二极管整流器的交流输入电压，并用相角ɑ补偿因交流输入线电阻R和线电感L引起的交流输入电压信号延迟，将相位补偿后的电压信号的平方作为输入功率参考的脉动分量Pin；然后将输入功率参考的脉动分量Pin输入到低功率限制单元，当输入功率脉动分量Pin小于预设功率Pset时，低功率限制单元无输出信号，否则输出Pin；再将低功率限制单元输出信号与步骤(1)所得的输入功率参考的幅值Pin_amp相乘得到输入功率参考(3)，将输入功率参考直流母线电压Vdc以及逆变器输出线电压Vs作为交直轴电流参考发生器的输入，直流母线电压Vdc与逆变器输出线电压Vs的差值经PI调节器后得到调整角θ；当调整角θ≥0时，得到中间变量当调整角θ<0时，得到中间变量对信号进行限幅处理并作为直轴参考电流并得到交轴参考电流的模等于当中间变量i≥0时，得到交轴参考电流当中间变量i<0时，得到交轴参考电流其中，逆变器输出线电压分别为两相静止坐标系下α轴电压和β轴电压，ismax为电机最大定子电流；(4)，采集三相逆变器输出相电流ia和ib，经Clark和Park变换得到两相旋转坐标系下的直轴电流id和交轴电流iq，分别和步骤(3)得到的直轴参考电流和交轴参考电流比较后，再经电流调节器得到直轴电压ud和交轴电压uq；(5)，将两相旋转坐标系下的直轴电压ud和交轴电压uq中的交直轴电流和进行解耦，得到两相旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压分别为：其中，ωe、Ld、Lq和ψ分别为电机的电角速度、直轴电感、交轴电感和永磁磁链；(6)，将两相旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压经Park逆变换得到两相静止坐标系下α轴电压和β轴电压将α轴电压和β轴电压及直流母线电压Vdc输入到空间矢量脉冲宽度调制单元，运算输出的六路脉冲调制信号驱动三相逆变器的功率管。...

【技术特征摘要】
1.一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，其特征在于，包括
以下步骤：
(1)，检测电机转子位置角θ，并根据电机的转子位置角计算电机的实际转速ω；然后将
电机的实际转速ω和给定转速ω*比较后得到转速偏差信号，该转速偏差信号经速度调节
器得到的信号作为输入功率参考的幅值Pin_amp；
(2)，检测单相二极管整流器的交流输入电压，并用相角ɑ补偿因交流输入线电阻R和线
电感L引起的交流输入电压信号延迟，将相位补偿后的电压信号的平方作为输入功率参考
的脉动分量Pin；然后将输入功率参考的脉动分量Pin输入到低功率限制单元，当输入功率脉
动分量Pin小于预设功率Pset时，低功率限制单元无输出信号，否则输出Pin；再将低功率限制
单元输出信号与步骤(1)所得的输入功率参考的幅值Pin_amp相乘得到输入功率参考(3)，将输入功率参考直流母线电压Vdc以及逆变器输出线电压Vs作为交直轴电流参
考发生器的输入，直流母线电压Vdc与逆变器输出线电压Vs的差值经PI调节器后得到调整角
θ；当调整角θ≥0时，得到中间变量当调整角θ<0时，得到中间变量对信
号进行限幅处理并作为直轴参考电流并得到交轴参考电流的模等...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明耀，杨公德，张贝贝，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32