CN103267945A - 一种多功能变频电机试验用变频电源及波形产生方法 - Google Patents

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冯东升
徐静
徐燕
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SHANGHAI GREAT POWER ELECTRONIC CO Ltd
Shanghai Electrical Apparatus Research Institute Group Co Ltd
Shanghai Motor System Energy Saving Engineering Technology Research Center Co Ltd
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SHANGHAI GREAT POWER ELECTRONIC CO Ltd
Shanghai Electrical Apparatus Research Institute Group Co Ltd
Shanghai Motor System Energy Saving Engineering Technology Research Center Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种多功能变频电机试验用变频电源，包括整流单元、储能单元、逆变单元及控制单元，控制单元分别控制整流单元及逆变单元，储能单元串接在整流单元与逆变单元之间，外部电源输入整流单元，逆变单元连接被试电机，其特征在于：在控制单元内集成有三种控制方式。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的多功能变频电机试验用变频电源的波形发生方法。采用本发明后，无需购买不同种类变频电源的变频器与电机相匹配，只需一台变频器就能达到与多种电机相匹配的效果，节省成本，提高效益，拓宽应用领域。

Description

一种多功能变频电机试验用变频电源及波形产生方法
技术领域
本发明涉及一种具有三种控制方式的变频电机试验用变频电源及波形产出方法，属于电机测试***领域。
背景技术
根据《GBT22670-2008变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》中要求变频电机试验电源：“电动机的性能与变频器特性密切相关。电动机应由适合的变频器供电，并在同一个载波频率下进行试验。”变频器的输出波形类型主要有PWM载波频率不同，脉宽调制方式不同等。现代变频器产品的控制技术主要有3种：v/f控制正弦脉宽调制(SPWM)控制方式、矢量控制(vc)方式和直接转矩控制(dtc)方式。采用不同的控制方式，就可得到不同的输出波形和控制方式下的变频器。这三种控制方式由于具有控制方法上的差异，在实际应用中各有优缺点，各有侧重的应用领域。
v/f控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制，这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。v/f控制正弦脉宽调制(SPWM)控制方式输出波形如图1所示。
矢量控制(vc)方式变频调速是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Iα、Ib、Ic通过三相-两相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。矢量控制(VC)方式的输出波形如图2所示。
直接转矩控制(dtc)方式是利用空间矢量坐标概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制复杂的变换计算，计算速度和精度比矢量控制有所提高。即使在开环状态下，也能输出100％额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。直接转矩控制(dtc)方式的输出波形更为复杂。
如图3所示，为现有的变频电源控制方式结构示意图，包括由主控单元控制的整流单元及逆变单元，整流单元与逆变单元之间连接有储能单元。其结构缺点在于，主控单元只能控制整流单元及逆变单元产生一种控制方式的波形，要么是v/f控制正弦脉宽调制控制方式输出波形，要么是矢量控制方式输出波形，要么是直接转矩控制输出波形，因此应用领域受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够选择输出三种控制波形中任意一种的变频电源。本发明的另一个目的是提供一种上述变频电源的波形产生方法。
为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种多功能变频电机试验用变频电源，包括整流单元、储能单元、逆变单元及控制单元，控制单元分别控制整流单元及逆变单元，储能单元串接在整流单元与逆变单元之间，外部电源输入整流单元，逆变单元连接被试电机，其特征在于：在控制单元内集成有v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块，矢量控制方式模块和直接转矩控制方式模块，通过设定功能码选择v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块、矢量控制方式模块或直接转矩控制方式模块中的一个模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生相应的输出波形。
本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的多功能变频电机试验用变频电源的波形发生方法，其特征在于，步骤为：
设定功能码n，当功能码n＝0时，仅v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生v/f控制正弦脉宽调制控制方式输出波形；当功能码n＝1时，仅矢量控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生矢量控制方式输出波形；当功能码n＝2时，仅直接转矩控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生转矩控制方式输出波形。
采用本发明后，无需购买不同种类变频电源的变频器与电机相匹配，只需一台变频器就能达到与多种电机相匹配的效果，节省成本，提高效益，拓宽应用领域。
附图说明
图1为v/f控制正弦脉宽调制(SPWM)控制方式输出波形；
图2为矢量控制(VC)方式的输出波形；
图3为现有的变频电源控制方式结构；
图4为本发明的变频电源控制方式原理示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明提供了一种多功能变频电机试验用变频电源，包括整流单元、储能单元、逆变单元及控制单元，控制单元分别控制整流单元及逆变单元，储能单元串接在整流单元与逆变单元之间，外部电源输入整流单元，逆变单元连接被试电机，其特征在于：在控制单元内集成有v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块，矢量控制方式模块和直接转矩控制方式模块，通过设定功能码选择v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块、矢量控制方式模块或直接转矩控制方式模块中的一个模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生相应的输出波形。
结合图4，本发明还提供了一种上述的多功能变频电机试验用变频电源的波形发生方法，其步骤为：
设定功能码n，当功能码n＝0时，仅v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生如图1所示的v/f控制正弦脉宽调制控制方式输出波形；当功能码n＝1时，仅矢量控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生如图2所示的矢量控制方式输出波形；当功能码n＝2时，仅直接转矩控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生转矩控制方式输出波形。
本发明的特点在于变频电机试验电源的主电路形式全部采用同一拓扑结构，在变频电源的控制主板(CPU板)上集成v/f控制正弦脉宽调制(SPWM)控制方式、矢量控制(vc)方式和直接转矩控制(dtc)方式三种控制程序，通过功能码来设定控制方式，在变频电机试验时根据变频电机的需求，选择合适的变频控制方式，输出合适的变频波形，同时也可通过功能码来调节变频电源的载波频率，这样就形成了可适合各类变频电机试验的多功能试验用变频电源。
本试验电路操作简单易行。同时，由于本发明的多功能变频电机试验用变频电源将三种控制方式集成在一起，满足各类型变频电机的实验需求，很大程度上节省了运营成本，具有较高的实用价值。

Claims (2)

1.一种多功能变频电机试验用变频电源，包括整流单元、储能单元、逆变单元及控制单元，控制单元分别控制整流单元及逆变单元，储能单元串接在整流单元与逆变单元之间，外部电源输入整流单元，逆变单元连接被试电机，其特征在于：在控制单元内集成有v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块，矢量控制方式模块和直接转矩控制方式模块，通过设定功能码选择v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块、矢量控制方式模块或直接转矩控制方式模块中的一个模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生相应的输出波形。
2.一种如权利要求1所述的多功能变频电机试验用变频电源的波形发生方法，其特征在于，步骤为：
设定功能码n，当功能码n＝0时，仅v/f控制正弦脉宽调制控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生v/f控制正弦脉宽调制控制方式输出波形；当功能码n＝1时，仅矢量控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生矢量控制方式输出波形；当功能码n＝2时，仅直接转矩控制方式模块发生作用，控制整流单元及逆变单元产生转矩控制方式输出波形。
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