[发明专利]一种永磁同步电机变频器及其应用方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机变频器，其特征为该变频器的组成包括整流器模块、逆变器模块、滤波器模块、控制器模块；

其中，整流器模块输入端与1140V交流电网相连；整流器模块输出端与逆变器模块相连；逆变器模块输出端与滤波器模块相连；滤波器模块输出端通过动力电缆与永磁同步电机相连；滤波器模块输出端还与控制器模块相连；控制器模块输出端与逆变器模块相连；控制器模块还与待测同步电机的动力电缆相连；

所述的控制器模块包括控制处理器、电流检测器、电压检测器、电位器和驱动器；

其中，电流检测器与待测永磁同步电机的动力电缆相连；电流检测器输出端与控制处理器相连；电压检测器与待测永磁同步电机的动力电缆相连；电压检测器输出端与控制处理器相连；电位器与控制处理器相连；控制处理器输出端与驱动器相连；驱动器输出端与逆变器模块相连。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机变频器，其特征为所述的控制处理器采用32位浮点数字控制处理器；电流检测器采用开环霍尔电流传感器；电压检测器采用交流电压变送器；驱动器采用8路信号发送器。

3.如权利要求1所述的永磁同步电机变频器的应用方法，其特征为用于永磁同步电机带有较长动力电缆无传感器的启动与运行，包括以下步骤：

1)整流模块将电网的三相交流电整流成直流电并作为逆变器模块的输入；控制处理器在电流调节器调节的输出后面注入高频电压：U_mh、ω_h分别为注入高频电压信号的幅值和角频率；电流调节器调节的输出和注入的高频电压叠加在一起通过IPARK变换过程变换为u_α、u_β并作为SVPWM调节器的输入；

2)控制处理器通过SVPWM调节器产生12路PWM作为逆变器模块的调制信号，12路PWM通过控制逆变器模块的12个IGBT的导通和关断，将整流模块输出的直流电逆变成三相交流电，逆变器模块输出的三相交流电再通过滤波器模块滤除高次谐波，然后滤波器模块输出的滤波后的三相交流电经过较长的动力电缆来驱动永磁同步电机；

3)控制处理器通过电流检测器检测到待测永磁同步电机的动力电缆变频器端的电流i_A、i_B、i_C；

4)控制处理器将测到的电流i_A、i_B、i_C经过CLARKE变换过程变换为两相电流其中定义L＝(L_dh+L_qh)/2，ΔL＝(L_dh-L_qh)/2，θ表示转子位置实际值、表示转子位置估计值、和Δθ表示位置估计误差；即电流检测器检测到的电流可以写成

5)控制处理器将上一步得到的电流通过估算器估算动力电缆另一端永磁同步电机端的电流其中x表示长电缆某处到动力电缆变频器端的距离；l表示动力电缆的长度；传播常数Z₀＝R₀+jωL₀为单位长度的阻抗；Y₀＝G₀+jωC₀为单位长度的导纳；特性阻抗或波阻

6)控制处理器在电机参数计算器中将上一步得到的通过带通滤波器(BPF)，滤除基频电流分量保留高频电流分量；

7)控制处理器将上一步得到的与调制信号sin(ω_ht)相乘，再经低通滤波后得到电机角度观测器所需的输入量f(Δθ)，即

8)控制处理器在电机角度观测器中将f(Δθ)比例积分得到预估速度

9)控制处理器将经过积分器得到永磁同步电机转子位置θ；

10)控制处理器将计算到的永磁同步电机转子位置θ送到PARK变换过程和IPARK变换过程作为进行坐标变换的必要条件；控制处理器将速度给定与电机角度观测器的输出相减的结果作为速度调节器的输入；速度调节器将输入进行比例积分并把结果作为电流调节器的输入，从而实现了电机角度观测器的输出跟随速度给定即实现速度反馈调节；

11)控制处理器将速度调节器的输出与PARK变换过程的输出相减，其结果作为电流调节器的输入；电流调节器将输入进行比例积分并把结果作为IPARK变换过程的输入，从而实现了PARK变换过程的输出跟随速度调节器的输出即实现了电流反馈调节；控制处理器将励磁电流给定与PARK变换过程的输出相减，其结果作为电流调节器的输入；电流调节器将输入进行比例积分并把结果作为IPARK变换过程的输入，从而实现了PARK变换过程的输出跟随励磁电流给定即实现了电流反馈调节；

12)控制处理器将上一步得到的IPARK变换过程的输入经过IPARK变换过程变换为u_α、u_β并送到SVPWM调节器作为输入；

13)控制处理器通过SVPWM调节器产生12路PWM并送到逆变器模块作为调制信号，控制12个IGBT的开通和关断将整流模块输出的直流电逆变成三相交流电，逆变器模块输出的三相交流电经过滤波器模块滤除高次谐波，滤波器模块输出滤波后的三相交流电通过较长的动力电缆驱动永磁同步电机，从而实现了永磁同步电机长电缆无传感器的启动与运行。

4.如权利要求1所述的永磁同步电机变频器的应用方法，其特征为所述的永磁同步电机变频器的应用方法，用于永磁同步电机工作过程中的定子电阻和电感参数检测，包括以下步骤：

(1)首先在永磁同步电机匀速运行的条件下，控制处理器通过电流检测器检测到动力电缆变频器端(波器模块输出端)的电流i_A、i_B、i_C；通过电压检测器检测到动力电缆变频器端(波器模块输出端)的电压u_A、u_B、u_C；

(2)然后控制处理器对上一步得到的A相电流i_A，在其一个正弦波电流周期内(从0点到G点)，对永磁同步电机定子单项电压方程积分，由于i_A为正弦波，所以和为零，计算得令单项电压方程可以写成

(3)控制处理器在A相正弦波电流i_A峰值顶点B处选i_A大小相等的两点：A点C点，从A点到C点对单项电压方程积分，由于A相电流i_A为正弦波，计算可得A相定子绕组电阻

(4)控制处理器在A相正弦波电流i_A零点E附近选i_A幅值相等方向相反的两点：D点和F点，从D点到F点对单项电压方程积分，由于A相电流i_A为正弦波，计算可得A相定子绕组电感

(5)控制处理器重复上面步骤(1)～(4)，求出永磁同步电机B相电阻R_B、电感L_B和C相电阻R_C、电感L_C；

(6)控制处理器将上一步得到的永磁同步电机定子电阻R_A、R_B、R_C分别通过CLARKE变换过程和PARK变换过程变换得到R₀；将上一步得到的永磁同步电机定子电感L_A、L_B、L_C分别通过CLARKE变换过程和PARK变换过程变换得到L_dh、L_qh；

(7)控制处理器将上一步得到的R₀、L_dh、L_qh应用到永磁同步电机带有较长动力电缆无传感器的启动、运行步骤中。