[发明专利]基于无电解电容逆变器的变频驱动控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种无电解电容交流变频驱动控制系统及控制方法，包括：检测系统输入电压电流、母线电压及电机相电流、转速；对三相电流进行Clark及Park变换，得到dq轴电流；对给定转速与实际转速进行误差调节；根据输入电压电流、速度环输出、电容量计算q轴给定电流；根据电压计算d轴给定电流；计算d、q轴误差电流并进行PI调节，得到d、q轴实际电压；对实际电压限幅，得到d、q轴计算电压；对实际电压及计算电压进行误差调节，并作为电流环反馈；对d、q轴计算电压进行Park逆变换，得到αβ轴电压；对逆变器进行调制控制电机。本发明能实现电机在弱磁区高速运行，获得网侧高功率因数，简化控制结构，提高系统可靠性。

主权项

1.一种基于无电解电容逆变器的交流变频驱动控制系统实现的控制方法，其特征在于，基于无电解电容逆变器的交流变频驱动控制系统包括：电源电路、整流器、薄膜电容、逆变器、电机、输入电压采集模块、输入电流采集模块、母线电压采集模块、电机电流采集模块、转速位置采集模块、Clark变换模块、Park变换模块、转速误差模块、转速PI模块、d轴电流给定模块、q轴电流给定模块、d轴电流误差模块、q轴电流误差模块、d轴电流PI模块、q轴电流PI模块、电压限幅模块、d轴电压误差模块、q轴电压误差模块、Park逆变换模块、脉宽调制模快；所述电源电路为单相交流电源，用于为整流器提供单相交流电；所述整流器为单相不控整流器，用于将单相输入交流电整流为直流电，并向逆变器供电；所述薄膜电容连接整流器输出端两端；所述逆变器为三相电压源型逆变器，用于接收脉宽调制模块的电压脉冲，并根据电压脉冲控制电机；所述输入电压采集模块用于采集网侧输入电压，并发送至d轴电流给定模块、q轴电流给定模块；所述输入电流采集模块用于采集网侧输入电流，并发送至q轴电流给定模块；所述母线电压采集模块用于采集薄膜电容两端电压，并发送至d轴电流给定模块、电压限幅模块、脉宽调制模快；所述电机电流采集模块用于采集电机三相电流，并发送至Clark变换模块；所述转速位置采集模块用于采集电机转速及转子位置，并发送至转速误差模块、Park变换模块、Park逆变换模块；所述Clark模块用于将电机三相电流转换为αβ轴电流，并发送至Park变换模块；所述Park变换模块用于将αβ轴电流转换为d轴实际电流、q轴实际电流，并发送至d轴误差模块、q轴误差模块；所述转速误差模块用于将给定转速与所述转速位置采集模块采集到的电机转速对比，得到转速误差，并将其发送至转速PI模块；所述转速PI模块用于将转速误差进行PI调节，得到q轴电流矢量，并发送至q轴电流给定模块；所述d轴电流给定模块用于根据母线电压、d轴电流PI模块得到的d轴实际电压、q轴电流PI模块得到的q轴实际电压、输入电压采集模块采集到的输入电压计算d轴给定电流，并将其发送至d轴电流误差模块；所述q轴电流给定模块用于根据输入电压、输入电流、q轴电流矢量、薄膜电容容量计算q轴给定电流，并将其发送至q轴电流误差模块；所述d轴电流误差模块用于将d轴给定电流与d轴实际电流对比，得到d轴电流误差，并将其发送至d轴电流PI模块；所述q轴电流误差模块用于将q轴给定电流与q轴实际电流对比，得到q轴电流误差，并将其发送至q轴电流PI模块；所述d轴电流PI模块用于将d轴电流误差进行PI调节，得到d轴实际电压，并发送至电压限幅模块；所述q轴电流PI模块用于将q轴电流误差进行PI调节，得到q轴实际电压，并发送至电压限幅模块；所述电压限幅模块用于根据母线电压幅值限制dq轴电压幅值，计算得到d轴计算电压、q轴计算电压，并发送至d轴电压误差模块、q轴电压误差模块；所述d轴电压误差模块用于将d轴实际电压与d轴计算电压进行对比，进行误差调节，并将其发送至d轴电流PI模块；所述q轴电压误差模块用于将q轴实际电压与q轴计算电压进行对比，进行误差调节，并将其发送至q轴电流PI模块；所述Park逆变换模块用于将dq轴计算电压转换为α轴电压、β轴电压，并发送至脉宽调制模块；所述脉宽调制模块为空间矢量脉宽调制，用于根据αβ轴电压、母线电压计算得到电压脉冲，并发送至逆变器；所述电机为永磁同步电机；基于无电解电容逆变器的交流变频驱动控制系统实现的控制方法包括以下步骤：实时采集单相交流输入电压、输入电流、直流母线电压幅值及相位，实时采集电机三相电流、转子位置以及转速；对所述的电机abc三相电流进行Clark变换，得到αβ轴电流，对所述αβ轴电流进行Park变换，得到d、q轴实际电流；计算给定电机转速与所述实时采集电机转速的误差，并对转速误差进行PI调节；计算d轴给定电流、q轴给定电流；计算d、q轴给定电流与实际d、q轴电流误差，并对电流误差进行PI调节，得到d、q轴电压实际值；对d、q轴实际电压限幅，得到d、q轴计算电压；对实际电压及计算电压进行误差调节，并作为电流环反馈；对d、q轴计算电压进行Park逆变换，得到αβ轴电压；根据αβ轴电压、母线电压，对逆变器进行SVPWM调制，并通过逆变器控制电机；所述q轴给定电流的计算包含如下步骤：对比所述实时采集的电机转速与给定转速，得到电机转速误差，对所述转速误差进行PI调节，得到q轴平均电流；通过所述实时采集的单相交流输入电压、输入电流、q轴平均电流，计算得到q轴给定电流；所述q轴给定电流的计算方法如下：假设网侧输入为单位功率因数，输入电压及输入电流均为正弦波，计算输入功率以二倍输入频率脉动，如式(1):P_in＝V_ini_in＝2V_iI_isin²ωt     (1)式中，P_in为系统理想输入功率，V_in、I_in为单相交流输入电压及理想输入电流，V_i、I_i为对应的输入电压、电流有效值，w为单相输入电压角速度；计算电容值为C的薄膜电容的理想补偿功率如式(2)所示：计算逆变器的输入功率为系统输入功率减去电容补偿功率，如式(3)所示：计算逆变器的输出功率，如式(4)所示：式中，u_d为d轴实际电压，u_q为q轴实际电压，i_d为d轴实际电流，i_q为q轴实际电流，P_em为电磁功率，ψ_f为永磁体磁链，L_d为电机d轴电感，L_q为电机q轴电感；简化为如式(5)所示：由于希望电机恒吸收功率，即逆变器输入功率恒为正，因此将式(5)进行简化，通过直接控制q轴电流实现控制逆变器输入功率，进而控制输入电流波形，则q轴给定电流如式(6)所示：其中，B为转速误差PI调节输出值，即转速平稳运行时所期望的q轴平均电流。