开环无速度传感器电压定向变频控制器制造技术

开环无速度传感器电压定向变频控制器，本发明专利技术涉及一种感应电机控制技术，它克服了传统恒压频比控制在低速运行时，由于受到定子电阻压降、转差频率和死区等因素的影响，电机带负载能力差以及轻载振荡的问题。它由以下单元组成：电流传感器、矢量坐标变换单元、ＰＩ调节器、电压提升量计算单元、滑差频率计算单元、频率相加器、一号运算单元、二号运算单元、三号运算单元、四号运算单元、五号运算单元、六号运算单元和ＳＶＰＷＭ单元，通过引入ＰＩ调节器对无功电流进行控制，有效抑制了感应电机轻载振荡的问题；根据有功电流和电机定子电阻的乘积作为带载时的电压提升，明显提高了电机的带负载能力，电机的低速性能得到了很大的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种感应电机控制技术，具体涉及一种无速度传感器定子电压定向的、使用恒压频比(VVVF)控制算法的控制器。
技术介绍
随着工农业生产的不断发展和进步，人们对调速的要求越来越高。感应电 机欠量控制根据电机动态模型，按照磁场定向对电机电流进行解耦，得到转矩 电流分量和励磁电流分量，然后分别对其进行控制。能获得很快的转速响应， 且运行非常平稳。但矢量控制的性能与电机参数的准确性有很大的关系，在实 际应用中需对电机参数进行在线辨识，控制算法非常复杂。与矢量控制相比，恒压频比控制(Variable Voltage and Variable Frequency, VVVF)方法具有简单、可靠、成本低等优点，在交流调速领域得到 广泛的应用。但是传统的恒压频比控制(VVVF)在低速运行时，由于受到定子 电阻压降、转差频率和死区等因素的影响，电机带负载能力差。而且还存在轻 载振荡等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种开环无速度传感器电压定向变频控制器，以克服传统恒压频 比控制在低速运行时，由于受到定子电阻压降、转差频率和死区等因素的影响， 电机带负载能力差以及轻载振荡的问题。 本专利技术的控制器由以下单元组成 电流传感器l:以通过电流传感器l检测出感应电机IM定子上的相电流； 矢量坐标变换单元2:以实现对感应电机IM定子电压定向坐标变换，将检测到的定子电流分解成瞬时有功电流/,和瞬时无功电流/q; 1调节器3:把给定无功电流//与瞬时无功电流~相减作为？1调节器3的输入， 将PI调节器的输出r/乍为SVP丽单元12的q轴电压给定量，以利用PI调节器3对瞬 时无功电流"进行反馈控制，从而使感应电机IM定子上的无功电流保持恒定；电压提升量计算单元4:利用瞬时有功电流,;和感应电机定子电阻A的乘积作 为带载运行时的电压提升量^ ;滑差频率计算单元5:根据公式乂=1.&，计算当前滑差频率y;，其中；为2《z;感应电机的励磁电感，《为感应电机的转子电阻；频率相加器6:根据频率给定值,和滑差频率/;，得到当前运行频率一号运算单元7:根据压频比^v/和当前运行频率y;，依据公式^得到参考输出电压K;二号运算单元8:根据参考输出电压^和PI调节器3的输出电压^，依据公式G = V^ ，得到d轴电压的基值G;三号运算单元9:将d轴电压的基值G与电压提升量^相叠加，作为SVP丽单元12的d轴电压给定量^， &=^ + ^;四号运算单元10:通过对当前运行频率y;进行积分得到定子电压d轴分量与固定坐标的角度《；五号运算单元ll:根据公式^ :w"g^得到定子电压矢量与d轴之间的夹角、^，六号运算单元13:将《和&进行叠加，从而得到定子电压矢量与固定坐标之 间的角度，0 =《+^，此角度是矢量坐标变换单元2中坐标变换所需的定子电压矢量角度；SVP丽单元12:根据d轴电压给定量巳、PI调节器的输出p;和定子电压矢量角度^输出对逆变器的P丽控制信号。本专利技术是基于定子电压定向的开环无速度传感器的恒压频比控制器，该控制 器通过引入PI电流调节器对电机无功电流进行控制，并保持其恒定，有效解决 了电机轻载振荡的问题，电机运行平稳。并根据有功电流和定子电阻的乘积对转矩进行提升，从而使得感应电机在低速时具有很高的输出转矩。本专利技术的有益效果在于由于引入PI调节器对感应电机无功电流进行控制，可使得感应电机的磁场很快的建立起来，并在整个工作频率段保持恒定，使得 电机恒磁通调速，能有效抑制电机轻载振荡的现象。同时，根据有功电流和定 子电阻的乘积作为带载时的电压提升量，可使电机的输出转矩得到很大的提高。 在一些生产机械设备的应用领域需要成本低且性能介于普通恒压频比(VVVF)控制和高性能矢量控制或直接转矩控制之间的变频调速系统。本专利技术 所提出的控制器在不增加算法复杂性的基础上大幅提高了控制器的性能。 附图说明图l是本专利技术的电路结构示意图；图2是感应电机非对称T型等效电路示意图； 图3是感应电机的定子电压、电流矢量关系示意图；图4是应用了本专利技术控制器 的空载电机电流波形图；图5是应用了本专利技术控制器的满载起动电机电流波形 图；图6是应用了本专利技术控制器的、满载、1.5Hz运行时的电机电流波形图；图7 是应用了本专利技术控制器的、1.5Hz运行时的电机满载运行]^、 K、转速和^波形 对照示意图；图8是应用了本专利技术控制器的、0.5Hz运行时的电机满载电流波形 图；图9是0.5Hz运行时的电机满载运行j^、 ^、转速和^波形对照示意图。 具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1至图3具体说明本实施方式。本专利技术的控制 器由以下单元组成；电流传感器l:以通过电流传感器1检测出感应电机IM定子上的相电流； 矢量坐标变换单元2:以实现对感应电机IM定子电压定向坐标变换，将检测到的定子电流分解成瞬时有功电流^和瞬时无功电流^; 1调节器3:把给定无功电流//与瞬时无功电流~相减作为？1调节器3的输入， 将PI调节器的输出^作为SVP丽单元12的q轴电压给定量，以利用PI调节器3对瞬 时无功电流^进行反馈控制，从而使感应电机IM定子上的无功电流保持恒定；电压提升量计算单元4:利用瞬时有功电流,;和感应电机定子电阻A的乘积作 为带载运行时的电压提升量^ ;滑差频率计算单元5:根据公式/5=』一.&，计算当前滑差频率y;，其中i^为6感应电机的励磁电感，《为感应电机的转子电阻；频率相加器6:根据频率给定值,和滑差频率y;，得到当前运行频率频率给定值尸根据运行的需要由用户自行选定。 一号运算单元7:根据压频比r/y和当前运行频率y;，依据公式^ =/l*r//， 得到参考输出电压^;二号运算单元8:根据参考输出电压^和PI调节器3的输出电压^，依据公式^'=7^7，得到d轴电压的基值rj;三号运算单元9:将d轴电压的基值G与电压提升量^相叠加，作为SVPWM单元12的d轴电压给定量^， &=Fj+rA;四号运算单元10:通过对当前运行频率力进行积分得到定子电压d轴分量与固定坐标的角度《，五号运算单元ll:根据公式^ -w"gi得到定子电压矢量与d轴之间的夹角六号运算单元13:将《和&进行叠加，从而得到定子电压矢量与固定坐标之 间的角度，P =《+^，此角度是矢量坐标变换单元2中坐标变换所需的定子电压 矢量角度；SVP^fM单元12:根据d轴电压给定量^、 PI调节器的输出^和定子电压矢量角 度P输出对逆变器的P丽控制信号。结合附图对本专利技术的原理、实现及效果作一详细阐述。本改进开环无速度传 感器电压定向控制器的原理框图如图l所示。在图2所示电路图中，由于电机定 子漏感^远小于励磁电感^ (;<<、)，因此从工程的角度，可近似认为电机 的有功电流/,主要产生电机的功率输出；无功电流主要来建立产生电机功率输 出所必须的磁场。所以当保持无功电流恒定即可保持电机磁通的恒定，实现恒 磁通调速。且根据有功电流和定子电阻的乘积来对输出电压进行提升，可提高 电机低频的输出转矩。首先，通过电流传感器检测变频器的输出电流，将测量结果输入到坐标变换 单元。采样得到的为三相定子电流^、 ，V和；。也可只检测其中的两相，通过三 相瞬时电流之和为零计本文档来自技高网...

【技术保护点】
开环无速度传感器电压定向变频控制器，其特征在于它由以下单元组成：　电流传感器（１）：以通过电流传感器１检测出感应电机（ＩＭ）定子上的相电流；　矢量坐标变换单元（２）：以实现对感应电机（ＩＭ）定子电压定向坐标变换，将检测到的定子电流分解成瞬时有功电流ｉ↓［ｄ］和瞬时无功电流ｉ↓［ｑ］；　ＰＩ调节器（３）：把给定无功电流ｉ↓［ｑ］↑［＊］与瞬时无功电流ｉ↓［ｑ］相减作为ＰＩ调节器（３）的输入，将ＰＩ调节器的输出Ｖ↓［ｑ］作为ＳＶＰＷＭ单元（１２）的ｑ轴电压给定量，以利用ＰＩ调节器（３）对瞬时无功电流ｉ↓［ｑ］进行反馈控制，从而使感应电机（ＩＭ）定子上的无功电流保持恒定；　电压提升量计算单元（４）：利用瞬时有功电流ｉ↓［ｄ］和感应电机定子电阻Ｒ↓［１］的乘积作为带载运行时的电压提升量Ｖ↓［ｂ］；　滑差频率计算单元（５）：根据公式ｆ↓［ｓ］＝Ｒ′↓［２］／２πＬ↓［ｍ］.ｉ↓［ｄ］／ｉ↓［ｑ］，计算当前滑差频率ｆ↓［ｓ］，其中Ｌ↓［ｍ］为感应电机的励磁电感，Ｒ′↓［２］为感应电机的转子电阻；　频率相加器（６）：根据频率给定值ｆ↑［＊］和滑差频率ｆ↓［ｓ］，得到当前运行频率ｆ↓［１］＝ｆ↑［＊］＋ｆ↓［ｓ］；　一号运算单元（７）：根据压频比Ｖ／ｆ和当前运行频率ｆ↓［１］，依据公式Ｖ↓［１］＝ｆ↓［１］＊Ｖ／ｆ，得到参考输出电压Ｖ↓［１］；　二号运算单元（８）：根据参考输出电压Ｖ↓［１］和ＰＩ调节器（３）的输出电压Ｖ↓［ｑ］，依据公式Ｖ′↓［ｄ］＝＊＊＊，得到ｄ轴电压的基值Ｖ′↓［ｄ］；　三号运算单元（９）：将ｄ轴电压的基值Ｖ′↓［ｄ］与电压提升量Ｖ↓［ｂ］相叠加，作为ＳＶＰＷＭ单元（１２）的ｄ轴电压给定量Ｖ↓［ｄ］，Ｖ↓［ｄ］＝Ｖ′↓［ｄ］＋Ｖ↓［ｂ］；　四号运算单元（１０）：通过对当前运行频率ｆ↓［１］进行积分得到定子电压ｄ轴分量与固定坐标的角度θ↓［１］，　五号运算单元（１１）：根据公式θ↓［Ｖ］＝ａｒｃｔｇＶ↓［ｑ］／Ｖ↓［ｄ］得到定子电压矢量与ｄ轴之间的夹角θ↓［Ｖ］，　六号运算单元（１３）：将θ↓［１］和θ↓［Ｖ］进行叠加，从而得到定子电压矢量与固定坐标之间的角度，θ＝θ↓［１］＋θ↓［Ｖ］，此角度是矢量坐标变换单元（２）中坐标变换所需的定子电压矢量角度；　ＳＶＰＷＭ单元（１２）：根据ｄ轴电压给定量Ｖ↓［ｄ］、ＰＩ调节器的输出Ｖ↓［ｑ］和定子电压矢量角度θ输出对逆变器的ＰＷＭ控制信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，于泳，杨荣峰，王高林，徐殿国，贵献国，杨明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]