CN105591591A - 用于控制变频器的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制变频器的装置。根据本公开的示例性实施例的用于变频器的控制器使用电动机转矩电流和电动机信息来产生补偿电压以补偿变频器指令电压，并将补偿电压施加于指令电压。

Description

用于控制变频器的装置
技术领域
本公开涉及一种用于控制变频器(inverter)的装置。
背景技术
变频器是一种电力变换器，其将输入的交流(AC)电力转换为直流(DC)电力，将直流电力转换为具有电动机所要求的幅值和频率的电压，并输出该电压至电动机。
常规的变频器运行控制是这样一种方法，在基频下不断地控制所有频率范围内的气隙磁通，也就是，控制定子电流的磁通成分电流。由于低速下的定子电阻，受电压降的影响使总电流增加。然而，在初始阶段需要大量起动转矩的情况下，仅用一般性电压/频率的关系的控制就能得到优良的性能。
但是，存在问题在于，当这种控制方法被应用于工业变频器的操作的情况下，该方法很大程度上依赖于电动机参数(定子电阻、定子电感，空载电流)，由于相关的参数的误差使得转矩提升补偿电压发生误差，由此在大的起动转矩下运行可能出故障。
具体地，一定电压/频率的控制是输出对应于由电压和频率的预定比率所要求的频率的电压。因此，当低速下要求大的起动转矩或者当负载有大的变化时，仍然存在运行可能出故障的问题。
发明内容
本发明旨在实现的其中一个目的是提供一种变频器控制器，所述变频器控制器使得，即使当驱动变频器需要大的起动转矩时，或即使当负载有大的变化时，变频器也能够稳定地运行。
在本公开的总方案中，提供了一种控制器，该控制器包括：第一产生单元，其配置为根据指令频率来产生电压指令；第一转换单元，其配置为将变频器的输出电流转换为同步参考坐标系(synchronousreferenceframe)上的转矩电流；以及第二产生单元，其配置为使用转矩电流与电动机信息来产生补偿电压指令的补偿电压，其中，该补偿电压可被施加到第一产生单元。
在本公开的一些示例性实施例中，控制器可以进一步包括：第二转换单元，其配置为将电压指令转换为静止参考坐标系(stationaryreferenceframe)上的电压指令；调制单元，其配置为根据电动机额定值来调制静止参考坐标系上的电压指令；以及第三产生单元，其配置为根据调制后的静止参考坐标系上的电压指令来产生脉冲宽度调制(PWM)信号以便控制变频器的多个功率开关元件。
在本公开的一些示例性实施例中，控制器可以进一步包括：低通滤波器(LPF)，其配置为控制转矩电流的谐波成分。
在本公开的一些示例性实施例中，第二产生单元可以包括：第四产生单元，其配置为根据电动机信息和预定的电压增益来产生升压电压；和第一乘法单元，其配置为通过升压电压乘以转矩电流的K-因数来产生补偿电压。
在本公开的一些示例性实施例中，第二产生单元可以包括：比较单元，其配置为比较转矩电流与转矩电流基准。
在本公开的一些示例性实施例中，当转矩电流大于转矩电流基准时，比较单元可以输出值1，并且当转矩电流不大于转矩电流基准时，比较单元可以输出值0。
在本公开的一些示例性实施例中，第二产生单元可以进一步包括：第二乘法单元，其配置为将比较单元的输出乘以第四产生单元的输出。
在本公开的一些示例性实施例中，第二产生单元可以进一步包括：限制单元，其配置为将补偿电压限制到预定电压以下。
在本公开的一些示例性实施例，电动机信息可以包括电动机的转差频率和电动机的容量。
根据本公开的示例性实施例，存在稳定地驱动变频器的有益效果，这是因为即使当需要大的起动转矩时，或者即使当负载有大的变化时，也能根据负载的状态来确定补偿电压。
附图说明
图1是示出根据本公开的示例性实施例的变频器***的结构的示例图。
图2是示出常规变频器***的控制器的框图。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的图1的变频器***的控制器的示例图。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的图3的补偿电压产生单元的详细框图。
具体实施方式
以下将参考附图更全面地描述各种示例性实施例，在所述附图中示出了一些示例性实施例。然而，本发明的构思可以许多不同的形式来具体实现且不应该被解释为局限于本文中所阐述的示例性实施例。相反，所描述的方案旨在涵盖落在本公开的范围和新颖思想之内的所有这样的变更、修改、变化和等同物。
本公开中使用的术语，包括诸如“第一”或“第二”的序数词，可用于各种元件的描述。然而，本公开的元件不应该受这样的术语限制。
除非在上下文具有明显不同的含义，否则采用单数形式的表达包含复数的表示。在本说明书中，应该理解的是，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在表示存在说明书中所公开的特征、数字、操作、动作、部件、部分或它们的组合，而并不旨在排除一个或多个其它特征、数字、操作、动作、部件、部分或它们的组合可以存在或者可以添加的可能性。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的变频器***的结构的示例图。
如图1所示，变频器2可以接收来自三相电力供应器1的三相电力，将三相电力转换为具有预定的量和频率的电压，并提供该电压给电动机3，并且可以包括整流单元10，直流(DC)端电容器20，逆变器单元(inverterunit)30以及控制器40。
整流单元10可以将输入的交流(AC)电压转换为直流(DC)电压。整流单元10可以由多个二极管构成。
当由电源供给的输入电力大于在负载处消耗的输出电力时，DC端电压升高。在相反的情况下，DC端电压降低。为解决在输入/输出端的瞬时电力失衡，可以使用DC端电容器20。
另外，逆变器单元30可包括多个功率开关元件。多个功率开关元件的开/关可以由控制器40的脉冲宽度调制(PWM)信号来控制，使得逆变器单元30可以输出具有预定的量和频率的电压给电动机3。在此，功率开关元件可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，但并不限于此，因此，可以使用各种功率开关元件。
电流检测单元4可以检测变频器2的输出，也就是，可以检测电动机3的输入电流。由电流检测单元4检测出的电流可用于电动机3的保护操作。例如，电流检测单元4可以是电流互感器(CT)，但并不局限于此。执行这样功能的各种装置都可以作为电流检测单元4而被应用。
在下文中，将描述常规的控制器的结构。此外，将参考附图描述根据本公开的示例性实施例的控制器的结构。
图2是示出常规的变频器***的控制器的框图。
如该图所示，控制变频器的常规的控制器400可包括电压指令产生单元410、坐标转换单元420、调制单元430、PWM产生单元440和补偿电压产生单元450。控制器400为用于电压-频率恒定控制的控制装置，其在当没有配置转子位置传感器的情况下来控制变频器。
电压指令产生单元410可以根据指令频率来产生电压指令。坐标转换单元420可以将从电压指令产生单元410接收到的电压指令坐标转换为静止参考坐标系上的三相电压指令。
调制单元或自动电压调节器(AVR)430可以控制坐标转换单元420的电压，使之符合电动机额定值。PWM产生单元440可以根据电压指令来产生用于控制逆变器单元30的多个功率开关元件的PWM信号。
这里，当进行电压-频率恒定控制时，由于在低速下定子电阻引起的电压降，气隙磁通减小并且由此输出转矩减小。低速下升高电压以便补偿减小的转矩称为转矩增幅器(torquebooster)。补偿电压产生单元450通过使用电动机参数(定子电阻、定子电感、空载电流)计算转矩提升量来产生补偿电压，并提供补偿电压给指令电压产生单元410，以便当起动转矩量较大时补偿电压指令。
但是，存在的问题在于，由常规的补偿电压产生单元产生的补偿电压在很大程度上依赖于电动机的参数，则由于相关参数的这种误差而导致发生补偿电压的误差，并且由此在大的起动转矩下运行可能出故障。
根据本公开的示例性实施例的控制器40的一个目的是解决这样的问题。即使当需要大的起动转矩时，或者即使当负载出现大的变化时，根据本公开的示例性实施例的控制器40也可以稳定地驱动变频器。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的图1的变频器***的控制器40的示例图。
如图3所示，根据本公开的示例性实施例的变频器的控制器40可包括电压指令产生单元41、第一坐标转换单元42、调制单元43、PWM产生单元44，第二坐标转换单元45，低通滤波器(LPF)46以及补偿电压产生单元47。
当未设置电动机3的转子位置传感器时，可以使用根据本公开的示例性实施例的控制器40，但不局限于此。当设置电动机3的转子位置传感器时，也可以使用根据本公开的示例性实施例的控制器40。
电压指令产生单元41可根据预定的指令频率来产生电压指令。坐标转换单元42可以将由电压指令产生单元41所产生的电压指令坐标转换为三相电压指令。
调制单元或AVR43可以调制由坐标转换单元42输出的电压，使其符合电动机额定值。此外，PWM产生单元44可以根据调制后的电压指令来产生用于控制逆变器单元30的多个功率开关元件的PWM信号。调制单元43和PWM产生单元44的具体操作的说明对于本公开所属领域的技术人员来说是显而易见的，因此将被省略。
第二坐标转换单元45可接收来自电流检测单元4的变频器2的输出电流，并且可以将输出电流转换为在同步参考坐标系上的d轴电流和q轴电流。这里，d轴电流可以是变频器2的输出电流的磁通成分(磁通电流)，并且q轴电流可以是变频器2的输出电流的转矩成分(转矩电流)。
低通滤波器(LPF)46可通过对转矩电流滤波来除去谐波。然后，补偿电压产生单元47可以接收电动机3的转差频率和电动机3的容量信息，可以基于所接收到的转差频率、容量信息和预定的升压电压增益来产生补偿电压，并且可以提供补偿电压给电压指令产生单元41。
由于当电动机3中的转差频率增加时，初始过电流以大的补偿量流动，所以电压产生单元47可以相应地产生适当的补偿电压。此外，由于输出电流可以因一般变频器2的电动机3的容量的不同而不同，所以电压产生单元47可以根据具有缺省增益的电动机3容量信息来产生补偿电压。另外，考虑到电压增益，与常规的电压/频率恒定控制相比可以补偿更大的电压。因此，当需要大的起动转矩时，或者当使用自动调整功能时，本公开的示例性实施例是有用的。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的图3的补偿电压产生单元的详细框图。
如图4所示，根据本公开的示例性实施例的补偿电压产生单元47可以包括比较单元47A、升压电压产生单元47B、存储器47C、第一乘法单元47D和第二乘法单元47F、K-因数确定单元47E和限制单元47G。根据本公开的示例性实施例，示例为补偿电压产生单元47包括预存储预定电压增益的存储器47C。然而，本公开并不局限于此。显然，对于本公开所属领域的技术人员来说，本公开中并不排除从外部存储器接收电压增益。
转矩电流可以由图3的第二坐标转换单元45输出，并且包括在转矩电流中的谐波成分可以由LPF46滤除。
比较单元47A可以比较滤除谐波后的转矩电流与用于电压补偿的转矩电流基准。转矩电流基准可以是预定的。因此，根据比较单元47A的比较结果，当转矩电流大于转矩电流基准时，可以产生补偿电压。也就是，当转矩电流大于转矩电流基准时，比较单元47A可以输出值1，并且当转矩电流不大于转矩电流基准时，比较单元47A可以输出值0。
同时，转差频率可以因每个电动机3的不同而不同，并且感应电动机的初始起动电流随着转差频率变大而变大。因此，根据本公开的示例性实施例的升压电压可以基于转差频率来确定。此外，由于额定输出电流可以因电动机3的容量的不同而不同，因此电动机3的参数可能会变得不同。所以，升压电压的增益也可能受到影响，则升压电压可以基于电动机3的容量信息来确定。
此外，升压电压产生单元47B还可以基于存储在存储器47C中的电压增益来产生升压电压。
通过这种方式产生的升压电压可以通过第一乘法单元47D乘以由比较单元47A输出的值1，然后可以提供给第二乘法单元47F。在当转矩电流比转矩电流基准小的情况下，比较单元47A输出值0(零)。因此，无补偿电压可输出。
然而，这样的实施例仅仅是用于示例的目的。除了转差频率、电动机容量信息和电动机的电压增益之外的其它参数都可以由升压电压产生单元47B考虑以用于确定升压电压。
K-因数确定单元47E可以根据通过低通滤波器46滤波后的转矩电流来确定K-因数，并且第二乘法单元47F可以通过由升压电压产生单元47B产生的升压电压乘K-因数来产生补偿电压。K-因数可以根据转矩电流来确定，并且当补偿电压过高时，限制单元47G可以限制补偿电压。限制值可以是预定的。
如上述所述，根据本公开的示例性实施例的补偿电压产生单元47可以仅在当变频器2的转矩电流高于预定基准的情况下，基于电动机3的转差频率和容量以及预定的电压增益来输出升压电压。以这样的方式输出的升压电压可基于转矩电流的K-因数来确定。由此，即使当需要大的起动转矩或者负载有大的变化时，也可以根据负载的状态来确定补偿电压。因此，变频器可被稳定地驱动。
上述示例性实施例旨在是说明性的，而不是限制权利要求的范围。许多替换例，修改例，变化例和等同例对本领域技术人员而言将是显而易见的。在此描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其它特性均可以以各种方式相结合来获得在等同的范围内的另外的和/或替代的示例性实施例。因此，对于本公开的权利要求的技术范围应当由所附权利要求书及其等同物来决定。

Claims (9)

1.一种控制器，包括：
第一产生单元，其配置为根据指令频率来产生电压指令；
第一转换单元，其配置为将变频器的输出电流转换为同步参考坐标系上的转矩电流；以及
第二产生单元，其配置为使用所述转矩电流与电动机信息来产生用来补偿所述电压指令的补偿电压，
其中，所述补偿电压被施加到所述第一产生单元。
2.如权利要求1所述的控制器，进一步包括：
第二转换单元，其配置为将所述电压指令转换为静止参考坐标系上的电压指令；
调制单元，其配置为根据电动机额定值来调制所述静止参考坐标系上的电压指令；以及
第三产生单元，其配置为根据所述调制后的静止参考坐标系上的电压指令来产生脉冲宽度调制信号以便控制所述变频器的多个功率开关元件。
3.如权利要求1所述的控制器，进一步包括：
低通滤波器，其配置为控制所述转矩电流的谐波成分。
4.如权利要求1所述的控制器，其中，所述第二产生单元包括：
第四产生单元，其配置为根据所述电动机信息和预定的电压增益来产生升压电压；以及
第一乘法单元，其配置为通过所述升压电压乘以所述转矩电流的K-因数来产生补偿电压。
5.如权利要求4所述的控制器，其中，所述第二产生单元包括：
比较单元，其配置为比较所述转矩电流与转矩电流基准。
6.如权利要求5所述的控制器，其中，当所述转矩电流大于所述转矩电流基准时，所述比较单元输出值1，而当所述转矩电流不大于所述转矩电流基准时，所述比较单元输出值0。
7.如权利要求6所述的控制器，其中，所述第二产生单元进一步包括：
第二乘法单元，其配置为将所述比较单元的输出乘以所述第四产生单元的输出。
8.如权利要求4所述的控制器，其中，所述第二产生单元进一步包括：
限制单元，其配置为将所述补偿电压限制在预定电压以下。
9.如权利要求1所述的控制器，其中，所述电动机信息包括电动机的转差频率和电动机的容量。
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