CN108011561B - 一种基于电流控制的感应电机vf控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电流控制的感应电机VF控制方法及装置，其采用的方法是用电流检测模块实时检测电机实际电流，根据实际电流和预设定的电流值，对设定的运行频率和投入PWM发生计算的变频器输出电压进行快速调节，保证电机电流不会长时间超出过流限制、触发变频器的过流保护，实现电机的节能增效、安全稳定运行。

Description

一种基于电流控制的感应电机VF控制方法及装置

技术领域

本发明涉及感应电机VF控制技术，具体涉及一种基于电流控制的感应电机新型VF控制方法和装置。

背景技术

感应电机在工业领域应用广泛，对其调速控制是节能提效的重要措施。对风机水泵等应用场合而言，由于不需要严格的速度精度，且一般不需要速度反馈和电流反馈，可以使用恒压频比，即VF控制，此种控制方法控制简单，通用性强，经济性好。

由于传统VF控制没有电流反馈，当变频器使用VF控制方法驱动电机运行过程中发生负载突变等导致电机出现过流等异常故障情况时，变频器不能从控制层面主动解决过流问题，而只能依赖软硬件保护功能，甚至直接停机断电。电机带负载运行时直接断电会直接影响正常生产，造成经济损失，而传统的感应电机的VF控制中没有电流控制环节，无法有效从控制层面对感应电机过流等工况进行抑制解决，因此，在感应电机的VF控制中增加电流控制功能，对提高变频器的控制性能和保护功能有重大意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于电流控制的感应电机新型VF控制方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明公开一种基于电流控制的感应电机VF控制方法，所述方法步骤如下：

1)变频器中的电流采样电路,实时采集流入被控电机的三相电流后进行变换、幅值计算和滤波处理，得到电机电流真实值I_fed；

2)将电机电流真实值I_fed与电流设定值I_set对比大小，根据I_fed与I_set的差值，通过电流实际值对当前***的输出电压值进行调节的电压调节模块和电流实际值对当前***的频率给定值进行调节的频率调节模块，分别得到对变频器输出电压U_out的调节值U_reg和设定频率f_set的调节值f_reg；

3)通过电压调节值U_reg对变频器输出电压U_out的调节以及频率调节值f_reg对设定频率f_set的调节，变频器自动根据调节后的输出电压U_out1，进入调制比计算，经过PWM发生模块，逆变后，调节变频器输出三相电流的大小。

在上述技术方案中，所述步骤1)中，采集的三相电流为I_a、I_b、I_c，将静止坐标系下的三相电流I_a、I_b、I_c进行坐标变换，得到旋转坐标系下的两相电流I_m和I_t，并根据变换后的I_m和I_t计算电流的幅值后，进行滤波处理滤除噪声信号。

在上述技术方案中，所述步骤2)中，根据变频器、电机、应用工况来设定电流设定值I_set，电流设定值I_set默认为150％电机额定电流，并配置电压调节模块的调节参数G_u、T_u，以及频率调节模块的调节参数G_f、T_f；所述调节模块的作用是让输入的信号的调节参数G、T的作用下，快速的调节到与参考值一致。

在上述技术方案中，所述步骤3)，所述电压调节值U_reg：

U_reg1＝U_reg0+G_u×[(I_fed1-I_set)-(I_fed0-I_set)]+T_u×(I_fed1-I_set)；

频率调节值f_reg：

f_reg1＝f_reg0+G_f×[(I_fed1-I_set)-(I_fed0-I_set)]+T_f×(I_fed1-I_set)；

调解后的变频器输出电压为U_out1＝U_out0+U_reg1；

调节后的变频器设定频率为f_set1＝f_set0+f_reg1；

其中，下标0表示上一次的计算值，下标1表示本次的计算值。

在上述技术方案中，所述步骤3)，电压调节值U_reg和频率调节值f_reg的计算结果限幅值为U_{reg_lim}和f_{reg_lim}，当U_reg和f_reg超出电压调节限幅值U_{reg_lim}和频率调节限幅值f_{reg_lim}时，强制令电压调节值U_reg和频率调节值f_reg分别等于电压调节限幅值U_{reg_lim}和频率调节限幅值f_{reg_lim}。

本发明公开一种基于电流控制的感应电机VF控制装置，其特征在于：所述装置包括电流检测转换模块、幅值计算模块、频率调节模块、电压调节模块、频率设定模块、VF曲线模块、PWM发生模块；

电流检测转换模块，进行三相电流的坐标变换；

幅值计算模块，进行电流幅值的计算；

频率调节模块，根据电流实际值对当前***的频率给定值进行调节；

电压调节模块，根据电流实际值对当前***的输出电压值进行调节；

频率设定模块由***外部或内部根据使用工况进行感应电机目标工作频率的设定；

VF曲线模块根据设定好的目标工作频率计算出变频器的输出电压；

PWM发生模块根据变频器电压和频率，计算并发出脉冲波使逆变器工作，产生三相电流驱动感应电机。

在上述技术方案中，所述电流检测转换模块，采集三相电流为I_a、I_b、I_c，并对静止坐标系下的三相电流I_a、I_b、I_c进行坐标变换，得到旋转坐标系下的两相电流I_m和I_t；

幅值计算模块，根据变换后的I_m和I_t计算电流的幅值后，进行滤波处理滤除噪声信号，得到电机电流真实值I_fed。

在上述技术方案中，所述电压调节模块，根据电机电流真实值I_fed与电流设定值I_set对比大小得出的差值，得到对变频器输出电压U_out的调节值U_reg，并配置电压调节模块的调节参数G_u、T_u；

所述频率调节模块，根据I_fed与I_set的差值，得出设定频率f_set的调节值f_reg，并配置频率调节模块的调节参数G_f、T_f；

其中，根据变频器、电机、应用工况来设定电流设定值I_set，电流设定值I_set默认为150％电机额定电流。

在上述技术方案中，通过电压调节值U_reg对变频器输出电压U_out的调节；

通过频率调节值f_reg对设定频率f_set的调节；

变频器自动根据调节后的输出电压U_out1，调节变频器输出三相电流I_a、I_b、I_c。

在上述技术方案中，电压调节值U_reg计算结果限幅值为U_{reg_lim}，当U_reg超出电压调节限幅值U_{reg_lim}，强制令电压调节值U_reg等于电压调节限幅值U_{reg_lim}；

频率调节值f_reg的计算结果限幅值为f_{reg_lim}，当f_reg超出频率调节限幅值f_{reg_lim}时，强制令频率调节值f_reg等于频率调节限幅值f_{reg_lim}。

本发明一种基于电流控制的感应电机新型VF控制方法及装置，具有以下有益效果：采用本发明提出的改进VF控制后，可以从控制层面对异步电机VF控制运行时过流问题由变频器自动进行抑制解决，提高VF运行的可靠性。防止异步电机在VF控制运行时由于速度突变、负载突变、进入低速不稳定区等因素导致的电机电流快速增大，保障电机不会突发停机掉载，保证生产的连续性和安全性。

附图说明

图1为传统VF控制方法总体结构；

图2为本发明一种基于电流控制的感应电机VF控制装置总体结构图；

图3为本发明一种基于电流控制的感应电机VF控制方法及装置传统VF控制方式的抑制过流效果；

图4为本发明一种基于电流控制的感应电机VF控制方法及装置带电流控制的新型VF控制方式的抑制过流效果。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示为传统感应电机的VF控制方式结构图，其无法有效的从控制层面解决感应电机运行中过流的情况。

本发明公开了一种基于电流控制的感应电机VF控制方法，所述方法步骤如下：

1)用变频器中的电流采样电路,实时采集流入被控电机到的三相电流后进行变换、幅值计算和滤波处理，得到电机电流真实值I_fed；

其中，采集的三相电流为I_a、I_b、I_c，对此静止坐标系下的三相电流I_a、I_b、I_c进行坐标变换，得到旋转坐标系下的两相电流I_m和I_t，并根据变换后的I_m和I_t计算电流的幅值，对其进行滤波处理滤除噪声信号。

2)对比电机电流真实值I_fed和电流设定值I_set的大小，根据两者的误差，用电流实际值对当前***的输出电压值进行调节的电压调节模块和电流实际值对当前***的频率给定值进行调节的频率调节模块，分别得到对变频器输出电压U_out的调节值U_reg和设定频率f_set的调节值f_reg；

其中，根据变频器、电机、应用工况来设定电流设定值I_set，默认为150％电机额定电流，并需要配置电压调节模块的调节参数G_u、T_u，以及频率调节模块的调节参数G_f、T_f，该调节模块的作用是让输入的信号的调节参数G、T的作用下，快速的调节到与参考值一致；

3)通过电压调节值U_reg对变频器输出电压U_out的调节以及频率调节值f_reg对设定频率f_set的调节，变频器自动根据调节后的输出电压U_out1，进入调制比计算，经过PWM发生模块，逆变后，调节变频器输出三相电流I_a、I_b、I_c的大小，防止电机出现过流。

其中，电压调节值U_reg：

U_reg1＝U_reg0+G_u×[(I_fed1-I_set)-(I_fed0-I_set)]+T_u×(I_fed1-I_set)

频率调节值f_reg：

f_reg1＝f_reg0+G_f×[(I_fed1-I_set)-(I_fed0-I_set)]+T_f×(I_fed1-I_set)

调解后的变频器输出电压为U_out1＝U_out0+U_reg1调节后的变频器设定频率为f_set1＝f_set0+f_reg1

其中，下标0表示上一次的计算值，下标1表示本次的计算值。

其中，为了防止电压调节值U_reg和频率调节值f_reg的计算结果无限增长甚至超出计算单元的物理极限，需要对其设置计算结果限幅，电压调节限幅值为U_{reg_lim}，频率调节限幅值为f_{reg_lim}，当U_reg和f_reg超出电压调节限幅值U_{reg_lim}和频率调节限幅值f_{reg_lim}时，强制令电压调节值U_reg和频率调节值f_reg分别等于电压调节限幅值U_{reg_lim}和频率调节限幅值f_{reg_lim}，此限幅值可根据实际应用场合进行设置。

本发明还公开一种基于电流控制的感应电机VF控制装置，所述装置包括电流检测转换模块、幅值计算模块、频率调节模块、电压调节模块、频率设定模块、VF曲线模块、PWM发生模块；

电流检测转换模块，进行三相电流的坐标变换；

幅值计算模块，进行电流幅值的计算；

频率调节模块，根据电流实际值对当前***的频率给定值进行调节；

电压调节模块，根据电流实际值对当前***的输出电压值进行调节；

频率设定模块由***外部或内部根据使用工况进行感应电机目标工作频率的设定；

VF曲线模块根据设定好的目标工作频率计算出变频器的输出电压；

PWM发生模块根据变频器电压和频率，计算并发出脉冲波使逆变器工作，产生三相电流驱动感应电机。

其中，所述电流检测转换模块，采集三相电流为I_a、I_b、I_c，并对静止坐标系下的三相电流I_a、I_b、I_c进行坐标变换，得到旋转坐标系下的两相电流I_m和I_t；

幅值计算模块，根据变换后的I_m和I_t计算电流的幅值后，进行滤波处理滤除噪声信号，得到电机电流真实值I_fed。

其中，所述电压调节模块，根据电机电流真实值I_fed与电流设定值I_set对比大小得出的差值，得到对变频器输出电压U_out的调节值U_reg，并配置电压调节模块的调节参数G_u、T_u；

所述频率调节模块，根据I_fed与I_set的差值，得出设定频率f_set的调节值f_reg，并配置频率调节模块的调节参数G_f、T_f；

其中，根据变频器、电机、应用工况来设定电流设定值I_set，电流设定值I_set默认为150％电机额定电流。

其中，通过电压调节值U_reg对变频器输出电压U_out的调节，通过频率调节值f_reg对设定频率f_set的调节，变频器自动根据调节后的输出电压U_out1，进入调制比计算，经过PWM发生模块，逆变后，调节变频器输出三相电流I_a、I_b、I_c。

其中，电压调节值U_reg计算结果限幅值为U_{reg_lim}，当U_reg超出电压调节限幅值U_{reg_lim}，强制令电压调节值U_reg等于电压调节限幅值U_{reg_lim}。

频率调节值f_reg的计算结果限幅值为f_{reg_lim}，当f_reg超出频率调节限幅值f_{reg_lim}时，强制令频率调节值f_reg等于频率调节限幅值f_{reg_lim}。

实施例

以一台额定功率为7.5kW、额定频率为50Hz、额定电流为16.2A的三相感应电机为例，分别采用传统VF控制方式和带电流控制的新型VF控制方式。

首先设定感应电机运行的目标频率为25Hz，电流设定值设置为100％的感应电机额定电流。

1.当采用传统VF控制方式时，通过设计工况，使感应电机处于过流运行的状态。此时电机的运行频率尚未达到***设定的25Hz，由于感应电机的电流幅值长时间超过电机的额定电流，达到130％感应电机额定电流，导致感应电机的频率上升到22Hz时因变频器过流保护而断电停机，记录下此时的运行工况条件。

2.切换为带电流控制的新型VF控制方式，在同样的工况下运行，能很好的抑制感应电机的电流，并使感应电机稳定运行，同样的工况条件，感应电机内的电流始终没有超出100％的额定电流，感应电机最终达到并稳定运行在25Hz。

如图3、4所示中1表示电流幅值，2表示频率。

对比图3和图4可明显看出，采用本发明提出的带电流控制的新型VF控制方法后，能够有效控制感应电机在VF控制下的过流情况。

说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于电流控制的感应电机VF控制方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

1)变频器中的电流采样电路,实时采集流入被控电机的三相电流后进行变换、幅值计算和滤波处理，得到电机电流真实值I_fed；

2)将电机电流真实值I_fed与电流设定值I_set对比大小，根据I_fed与I_set的差值，通过电流实际值对当前***的输出电压值进行调节的电压调节模块和电流实际值对当前***的频率给定值进行调节的频率调节模块，分别得到对变频器输出电压U_out的调节值U_reg和设定频率f_set的调节值f_reg；

3)通过电压调节值U_reg对变频器输出电压U_out的调节以及频率调节值f_reg对设定频率f_set的调节，变频器自动根据调节后的输出电压U_out1，进入调制比计算，经过PWM发生模块，逆变后，调节变频器输出三相电流的大小；

所述步骤1)中，采集的三相电流为I_a、I_b、I_c，将静止坐标系下的三相电流I_a、I_b、I_c进行坐标变换，得到旋转坐标系下的两相电流I_m和I_t，并根据变换后的I_m和I_t计算电流的幅值后，进行滤波处理滤除噪声信号；

所述步骤2)中，根据变频器、电机、应用工况来设定电流设定值I_set，电流设定值I_set默认为150％电机额定电流，并配置电压调节模块的调节参数G_u、T_u，以及频率调节模块的调节参数G_f、T_f；所述调节模块的作用是让输入的信号的调节参数G、T的作用下，快速的调节到与参考值一致；

所述步骤3)中，所述电压调节值U_reg：

U_reg1＝U_reg0+G_u×[(I_fed1-I_set)-(I_fed0-I_set)]+T_u×(I_fed1-I_set)；

频率调节值f_reg：

f_reg1＝f_reg0+G_f×[(I_fed1-I_set)-(I_fed0-I_set)]+T_f×(I_fed1-I_set)；

调解后的变频器输出电压为U_out1＝U_out0+U_reg1；

调节后的变频器设定频率为f_set1＝f_set0+f_reg1；

其中，下标0表示上一次的计算值，下标1表示本次的计算值；

所述步骤3)中，电压调节值U_reg和频率调节值f_reg的计算结果限幅值为U_{reg_lim}和f_{reg_lim}，当U_reg和f_reg超出电压调节限幅值U_{reg_lim}和频率调节限幅值f_{reg_lim}时，强制令电压调节值U_reg和频率调节值f_reg分别等于电压调节限幅值U_{reg_lim}和频率调节限幅值f_{reg_lim}。

2.使用权利要求1所述方法的一种基于电流控制的感应电机VF控制装置，其特征在于：所述装置包括电流检测转换模块、幅值计算模块、频率调节模块、电压调节模块、频率设定模块、VF曲线模块、PWM发生模块；

电流检测转换模块，进行三相电流的坐标变换；

幅值计算模块，进行电流幅值的计算；

频率调节模块，根据电流实际值对当前***的频率给定值进行调节；

电压调节模块，根据电流实际值对当前***的输出电压值进行调节；

频率设定模块由***外部或内部根据使用工况进行感应电机目标工作频率的设定；

VF曲线模块根据设定好的目标工作频率计算出变频器的输出电压；

PWM发生模块根据变频器电压和频率，计算并发出脉冲波使逆变器工作，产生三相电流驱动感应电机；

所述电流检测转换模块，采集三相电流为I_a、I_b、I_c，并对静止坐标系下的三相电流I_a、I_b、I_c进行坐标变换，得到旋转坐标系下的两相电流I_m和I_t；

幅值计算模块，根据变换后的I_m和I_t计算电流的幅值后，进行滤波处理滤除噪声信号，得到电机电流真实值I_fed；

所述电压调节模块，根据电机电流真实值I_fed与电流设定值I_set对比大小得出的差值，得到对变频器输出电压U_out的调节值U_reg，并配置电压调节模块的调节参数G_u、T_u；

所述频率调节模块，根据I_fed与I_set的差值，得出设定频率f_set的调节值f_reg，并配置频率调节模块的调节参数G_f、T_f；

其中，根据变频器、电机、应用工况来设定电流设定值I_set，电流设定值I_set默认为150％电机额定电流；

所述电压调节模块中，通过电压调节值U_reg对变频器输出电压U_out的调节；

所述频率调节模块中，通过频率调节值f_reg对设定频率f_set的调节；

变频器自动根据电压调节模块调节后的输出电压U_out1，调节变频器输出三相电流I_a、I_b、I_c；

所述电压调节模块中，电压调节值U_reg计算结果限幅值为U_{reg_lim}，当U_reg超出电压调节限幅值U_{reg_lim}，强制令电压调节值U_reg等于电压调节限幅值U_{reg_lim}；

所述频率调节模块中，频率调节值f_reg的计算结果限幅值为f_{reg_lim}，当f_reg超出频率调节限幅值f_{reg_lim}时，强制令频率调节值f_reg等于频率调节限幅值f_{reg_lim}。

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