[发明专利]一种永磁同步电机变频器及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机驱动领域，尤其是永磁同步电机变频器及其应用方法。

背景技术

永磁同步电机变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、驱动单元、检测单元等组成。永磁同步电机变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。目前，永磁同步电机变频器驱动电机的动力电缆最长也就是500m左右，严重制约了永磁同步电机的应用范围，比如在水泵、潜油电泵等应用领域需要动力电缆长达2000m。制约永磁同步电机变频器驱动动力电缆长度主要原因如下：(1)由于目前变频器多采用两电平逆变器，输出的高次谐波非常大，如果动力电缆很长，高次谐波会在动力电缆上产生过压，过压会烧毁动力电缆，严重了还会烧毁永磁同步电机；(2)电能在较长的动力电缆传输会存在很大的电压降，这就造成了动力电缆两端的电压、电流量不同；(3)永磁同步电机变频器控制永磁同步电机需要检测电机端的电压、电流参数，而当动力电缆很长时，很难再测量电机端电压、电流参数(如果另外再加一路电缆来测量电机端的电压、电流参数，一是会增加较大的成本，二是这样测量到的电机的电压、电流参数不准确，因为500m以上的电缆干扰是相当大的)。另外永磁同步电机在运行过程中，其定子的电阻和电感参数会随温度不可避免的发生改变，如果永磁同步电机变频器不能检测这些变化，这会严重影响永磁同步电机变频器的控制精度，而目前大多数永磁同步电机变频器没有做到实时的检测永磁同步电机定子电阻和电感参数的变化。

发明内容

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供了一种永磁同步电机变频器及其应用方法，该变频器采用三电平逆变器模块并在逆变器模块后面加装滤波器模块，使得变频器输出更加接近正弦波，高频谐波更小，从而实现变频器输出在动力电缆上传输更安全不会出现过压烧毁动力电缆和电机；通过控制器模块里的电压传感器和电流传感器直接测量动力电缆变频器端(滤波器模块输出端)的电压、电流参数，然后将测得的参数通过控制器模块里的控制处理器来估算出长电缆永磁同步电机端的电压、电流参数，就不用再去直接测量动力电缆永磁同步电机端的电压、电流量。再结合公知技术高频电压注入法，构成改进型高频电压注入法，从而解决了永磁同步电机较长动力电缆无速度传感启动的难题。另外本发明为了实时检测永磁同步电机定子电阻和电感参数的变化来提高永磁同步电机变频器的控制精度，在控制器模块的控制处理器里设计了一种简单、精确的方法来实时检测永磁同步电机定子电阻和电感参数。

本发明的技术方案为：

一种永磁同步电机变频器，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5输出端与逆变器模块相连。

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。

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；