CN111464041B - 一种三相变频器控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种三相变频器控制***及方法，三相变频器的输出端通过长电缆与三相交流电机连接，（1）将三相变频器通过长电缆与三相交流电机连接；（2）检测输出电压Ua、Ub、Uc；（3）经过Clarke变换得到Uα和Uβ，然后再计算补偿电压Ucα和Ucβ；（4）参考指令Uα*+Ucα与Uα相减得到误差信号Ueα，参考指令Uβ*+Ucβ与Uβ相减得到误差信号Ueβ；（5）两个误差信号Ueα和Ueβ分别经过电压调节器得Uα2和Uβ2；（6）再经过空间矢量调制单元得到三相变频器的驱动信号。在不同类型负载的情况下，动态解决了三相变频器长电缆压降补偿问题，电机输出转矩不受长电缆压降的影响；该方法无需旋转坐标变换，简单易行，同时消除了旋转坐标变换定向误差导致的***控制误差，实现了输出电压的自适应动态调整，提高了***运行性能。
Description
技术领域
本发明属于电机驱动器控制领域，具体涉及一种三相变频器控制***及方法。
背景技术
三相变频器在工业领域得到了广泛的应用，在一些特殊场合，比如井工煤矿开采过程中，传动设备的供电电源和变频器通常放置于设备列车或硐室中，此时变频器和电机之间存在一定距离，需要用长电缆连接。采用三相变频器驱动技术，虽然带来了PWM脉冲电压谐波和电机绝缘应力等问题，但实现了软启动，消除了大启动电流对传动***的机械和电力冲击。但是，由于电缆距离过长会导致电缆上的电压损失较大，电机磁通出现严重衰减，导致电机无法正常起动。所以有必要采取对长电缆的压降进行补偿，保证电动机正常起动。因此亟需一种方案解决长电缆的压降补偿的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种三相变频器控制***及方法，能够有效解决三相变频器长电缆压降补偿问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案之一是：一种三相变频器控制***，三相变频器的输出端通过长电缆与三相交流电机连接，所述控制装置包括：
将三相变频器输出电压Ua、Ub、Uc变换得到αβ坐标系下电压Uα和Uβ的Clarke变换单元；
将参考指令Uα*+补偿电压Ucα与电压Uα相减得到误差信号Ueα的第一减法器；
将参考指令Uβ*+补偿电压Ucβ与电压Uβ相减得到误差信号Ueβ的第二减法器；
将两个误差信号Ueα和Ueβ进行调节并输出信号Uα2和Uβ2的电压调节器；
将Uα2和Uβ2调制得到三相变频器驱动信号的空间矢量调制单元SVM。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案之二是：
一种三相变频器控制方法，包括以下步骤：
（1）将三相变频器的输出端通过长电缆与三相交流电机连接；
（2）检测三相变频器输出电压Ua、Ub、Uc；
（3）经过Clarke变换得到αβ坐标系下电压Uα和Uβ，然后计算得到补偿电压Ucα和Ucβ；
（4）参考指令Uα*+Ucα与Uα相减得到误差信号Ueα，参考指令Uβ*+Ucβ与Uβ相减得到误差信号Ueβ；
（5）两个误差信号Ueα和Ueβ分别经过电压调节器并输出信号Uα2和Uβ2；
（6）再经过空间矢量调制单元得到三相变频器的驱动信号。
作为改进，所述补偿电压Ucα和补偿电压Ucβ的计算方法：
其中，L为长电缆等效电感、r为长电缆等效电阻、C为长电缆等效电容， 
为***运行角频率，
为滤波器截止角频率，Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相变频器输出电流的α轴和β轴分量；
T(s)为自适应调节器，
其中，
、
、
、
分别为自适应调节器系数。
进一步，所述电压Uα和Uβ的计算公式如下：
其中，Ua、Ub、Uc为三相变频器输出电压。
进一步，αβ坐标系下三相变频器输出电流的α轴和β轴分量Iα和Iβ的计算公式如下：
其中，Ia、Ib、Ic为三相变频器输出电流。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
首先，在不同类型负载的情况下，动态解决了三相变频器长电缆压降补偿问题，电机输出转矩不受长电缆压降的影响，从而实现超远距离驱动控制。
此外，本发明无需旋转坐标变换，同时消除了旋转坐标变换定向误差导致的***控制误差，实现自适应动态调整***性能，极大地提高了***运行性能。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为三相变频器***原理图；
图2为本发明提出的控制结构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清除和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例一
如图1所示，一种三相变频器控制***，三相变频器的输出端通过长电缆与三相交流电机连接。如图2所示，所述三相变频器控制***包括：
将三相变频器输出电压Ua、Ub、Uc变换得到αβ坐标系下电压Uα和Uβ的Clarke变换单元；
将参考指令Uα*+补偿电压Ucα与电压Uα相减得到误差信号Ueα的第一减法器；
将参考指令Uβ*+补偿电压Ucβ与电压Uβ相减得到误差信号Ueβ的第二减法器；
将两个误差信号Ueα和Ueβ进行调节并输出信号输出信号Uα2和Uβ2的电压调节器；
将Uα2和Uβ2调制得到三相变频器驱动信号的空间矢量调制单元SVM。
进一步，当Uα2和Uβ2分别为0或不存在时，参考指令Uα*和Uβ*分别为三相变频器输出电压Ua、Ub、Uc经过Clarke变换得到αβ坐标系下电压Uα和Uβ值。
进一步，所述参考指令Uα*和Uβ*配置为：当输出信号Uα2和Uβ2存在且不为0时，Uα*和Uβ*分别等于Uα2和Uβ2。
进一步，三相变频器控制***包括检测单元，所述检测单元实时检测输出电压Ua、Ub、Uc和输出电流Ia、Ib、Ic，并输出到Clarke变换单元、第一减去器和第二减去器。
进一步，三相变频器控制***包括第一配置器，所述第一配置器记录控制***的Ua、Ub、Uc和输出电流Ia、Ib、Ic的预设值，在动态单元没有输出信号时，由第一配置器将记录的输出电压Ua、Ub、Uc和输出电流Ia、Ib、Ic信号值，并输出到Clarke变换单元、第一减去器和第二减去器。
在一个实施例中，三相变频器控制***还包括包括第二配置器，所述第二配置器记录误差信号Ueα和Ueβ的预设值，在第一减去器和第二减去器没有输出信号时，由第二配置器将记录的Ueα和Ueβ的预设值信号，输出到电压调节器。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例进一步提出一种三相变频器的控制方法，所述方法具体为：
（1）将三相变频器的输出端通过长电缆与三相交流电机连接；
（2）检测三相变频器输出电压Ua、Ub、Uc和输出电流Ia、Ib、Ic；
（3）经过Clarke变换得到αβ坐标系下电压Uα和Uβ，然后再计算补偿电压Ucα和Ucβ；
（4）参考指令Uα*+Ucα与Uα相减得到误差信号Ueα，参考指令Uβ*+Ucβ与Uβ相减得到误差信号Ueβ；
（5）两个误差信号Ueα和Ueβ分别经过电压调节器并输出信号Uα2和Uβ2；
（6）再经过空间矢量调制单元得到三相变频器的驱动信号。
上述三相变频器控制方法中，补偿电压计算方法步骤如下，其中，L、r、C分别为长电缆模型等效电感、电阻和电容，
为***运行角频率，
为滤波器截止角频率，Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相变频器输出电流的α轴和β轴分量，
T(s)为自适应调节器，表达式如下：
其中，
、
、
、
分别为自适应调节器系数；s是拉普拉斯算子。
上述三相变频器控制方法中，所述电压Uα和Uβ的计算方法如下：
其中，Ua、Ub、Uc为三相变频器输出电压。
所述Iα和Iβ的计算方法如下：
其中，Ia、Ib、Ic为三相变频器输出电流。
对所有公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种三相电机变频器控制***，其特征在于，三相变频器的输出端通过长电缆与三相交流电机连接，所述控制***包括以下组件：
将三相变频器输出电容电压Ua、Ub、Uc变换得到αβ坐标系下电压Uα和Uβ的Clarke变换单元；
将参考指令Uα*+补偿电压Ucα与电压Uα相减得到误差信号Ueα的第一减法器；
将参考指令Uβ*+补偿电压Ucβ与电压Uβ相减得到误差信号Ueβ的第二减法器；
将两个误差信号Ueα和Ueβ进行调节并输出信号Uα2和Uβ2的电压调节器；
将Uα2和Uβ2调制得到三相变频器驱动信号的空间矢量调制单元SVM；
所述补偿电压Ucα和补偿电压Ucβ的配置为：
其中，L为长电缆等效电感、r为长电缆等效电阻、C为长电缆等效电容，ω为***运行角频率，ωc为滤波器截止角频率，Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相变频器输出电流的α轴和β轴分量；
T(s)为自适应调节器，
其中，a1、a0、b1、b0分别为自适应调节器系数。
2.根据权利要求1所述的一种三相电机变频器控制***，其特征在于：所述电压Uα和Uβ的计算公式如下：
其中，Ua、Ub、Uc为三相变频器输出电压。
3.根据权利要求1所述的一种三相电机变频器控制***，其特征在于：αβ坐标系下三相变频器输出电流的α轴和β轴分量Iα和Iβ的计算公式如下：
其中，Ia、Ib、Ic为三相变频器输出电流。
4.一种如权利要求1所述的三相电机变频器控制***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将三相变频器的输出端通过长电缆与三相交流电机连接；
(2)检测三相变频器输出电压Ua、Ub、Uc；
(3)经过Clarke变换得到αβ坐标系下电压Uα和Uβ，然后计算得到补偿电压Ucα和Ucβ；
(4)参考指令Uα*+Ucα与Uα相减得到误差信号Ueα，参考指令Uβ*+Ucβ与Uβ相减得到误差信号Ueβ；
(5)两个误差信号Ueα和Ueβ分别经过电压调节器并输出信号Uα2和Uβ2；
(6)再经过空间矢量调制单元得到三相变频器的驱动信号。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述补偿电压Ucα和补偿电压Ucβ的配置为：
其中，L为长电缆等效电感、r为长电缆等效电阻、C为长电缆等效电容，ω为***运行角频率，ωc为滤波器截止角频率，Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相变频器输出电流的α轴和β轴分量；
T(s)为自适应调节器，
其中，a1、a0、b1、b0分别为自适应调节器系数。
6.根据权利要求4所述的的控制方法，其特征在于，所述电压Uα和Uβ的计算公式如下：
其中，Ua、Ub、Uc为三相变频器输出电压。
7.根据权利要求5所述的的控制方法，其特征在于：αβ坐标系下三相变频器输出电流的α轴和β轴分量Iα和Iβ的计算公式如下：
其中，Ia、Ib、Ic为三相变频器输出电流。
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