[发明专利]功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术及其装置

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别是涉及一种将矢量控制技术应用于串联型高压变频器的方法和装置。

背景技术

目前，功率单元串联型高压变频器，普遍采用的VVVF控制方式，这一控制方式的动态响应速度慢、低频输出转矩特性差，只能适用于风机、水泵类负载的变频调速。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制精度高、响应精度快，适用于功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术和采用该技术的功率单元串联型高压变频器。

本发明采用以下技术方案：

本发明将采集到电动机的速度数据和电流数据送到高压变频器的控制电路，通过将交流异步电动机的励磁电流和转矩电流解耦后分别控制，然后将输出数据送到各个功率单元的控制端，使交流电动机获得直流电动机相似的机械特性。

在控制电路中，设有速度反馈的闭环控制。

将检测到电动机的电信号送到控制器中，由控制器控制各个功率单元的输出；控制器中采用矢量控制技术对电动机的励磁分量和转矩分量进行解耦，分别控制这两分量使电动机获得低速大转矩。

在电动机的轴上设有速度传感器，速度传感器与矢量控制器相连，由此构成反馈闭环电路。

采用上述技术方案的功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术及其装置，可以使驱动的高压交流电动机在各频率段获得与直流电动机相似的输出转矩特性，有效的改善了高压交流电动机的输出转矩特性，该技术为高压大功率交流异步电动机的四象限变频运行提供了解决方案，有效改善了电动机的转矩特性。

附图说明

图1为本发明的异步电动机的相量图；

图2为本发明的矢量控制原理框图；

图3为本发明的整体结构原理图。

具体实施方式

实施例1

一种功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术，将采集的速度数据和电流数据送到高压变频器的控制电路，通过将交流异步电动机的励磁电流和转矩电流解耦后分别控制，然后将输出数据送到各个功率单元的控制端。

从异步电动机的转矩公式T＝C_T φ_m I₂ cos ψ₂可以看出，异步电动机的转矩是由异步电动机气隙磁通φ_m和转子电流的有功分量I₂ cos ψ₂相互作用产生的。异步电动机的转子电流I₂的大小取决于功率因数cos ψ₂，而功率因数跟电动机的转差率有关系。从图1异步电动机的相量图可以看出，转子磁链ψ₂和转子电流I₂在相位相差90°，由于磁通和磁链成固定的比例关系，所以存在φ₂＝φ_m cos ψ₂，代入转矩公式可得：T＝C_T φ_m I₂ cos ψ₂＝C_T φ₂ I₂，如果设法保持异步电动机的转子磁链ψ₂恒定，则电机的转矩T就和转子电流I₂成正比，异步电动机也同样可以达到较高的动态调速性能。

如图1所示，当把三相静止坐标系下异步电动机的定子电流、电压和主磁链，变换到以转子磁链定向的二相旋转坐标系，即M-T坐标系，可实现转子磁链ψ₂恒定。M-T坐标系中T轴与M轴正交，M轴取转子磁链ψ₂的相量方向，T轴和电流I_t1＝-I₂的方向相同。

通过数学推导，在M-T坐标系下，定子电流被分解为两个正交分量I_m1和I_t1，转子磁链ψ₂对I_m1的响应是一阶惯性环节，转矩T对I_t1是即时响应，因此将I_m1称为定子电流的激磁分量，I_t1称为定子电流的转矩分量。在调速过程中只要设法保持转子磁链ψ₂恒定，就存在转矩T正比于I_t1，即以通过调节I_t1来控制电机的输出转矩。各功率单元通过移相载波技术形成频率连续可变相位互差120度的三相对称交流电源，该电源可驱动电动机在0～50Hz运转，这就是单元串联型高压变频器矢量控制的基本原理。