[发明专利]一种基于瞬时功率反馈的闭环I/F控制方法及其变频器控制系统

说明书

本发明公开了一种基于瞬时功率反馈的闭环I/F控制方法及其变频器控制系统。将电机三相电流进行变换得到电机直轴、交轴的电压电流，计算电机的瞬时有功功率和瞬时无功功率；提取有功功率的高频分量得到转速的增量，转速增量补偿到设定转速中，再经积分器得到所需的电流矢量角，以此增加系统的阻尼转矩分量；计算设定无功功率与实际无功功率的偏差，通过经PI调节后得到偏差需要补偿的交轴电流，叠加到原有的交轴转矩电流得到新的交轴转矩电流设定值，以平衡负载转矩的变化；直轴电流设定值和新的交轴转矩电流设定值再与电机实际反馈电流的差值经PI调节器产生所需电压值，电压值再通过park逆变换和空间矢量变换经逆变器转换为电压输出到电机侧。

技术领域

本发明属于永磁同步电机驱动技术领域，具体涉及一种基于瞬时功率反馈的闭环I/F控制方法及其变频器控制系统。

背景技术

永磁同步电机作为一种高效率、高能量密度的电机在各个领域的应用越来越广泛。目前永磁同步电机应用最广泛的高性能调速方法有矢量控制和直接转矩控制两种方法，这两种控制方法涉及到参数辨识、无传感器控制、转子位置角等多种算法，因此控制方法的复杂程度和实现难度较大，另外在风机、压缩机、水泵等应用领域，由于负载特性相对比较固定，对系统的高动态性能要求不高，矢量控制或直接转矩控制会增加系统控制的复杂程度，因此这些领域通常采用V/F(恒压频比)或者I/F(恒流频比)控制方法。V/F或者I/F控制方法具有低成本、简单实用等优点，其中相对于V/F控制方法，I/F控制方法还具有启动平稳、冲击电流低等优点，但由于其本身的开环特点，I/F控制方法存在抗扰动性差、易失步和稳定性差等问题。

表贴式永磁同步电机采用的传统的环I/F控制方法原理框图如图1所示，传统开环I/F控制方法一般选取以电流矢量定向的D-Q坐标系上，电流矢量I的方向与Q轴保持一致。由于是表贴式电机，D轴电流设定值为零，Q轴电流设定值大于零，θ用于park变换及逆变换，由设定转速经过积分得到。电流与电机实际反馈电流的差值经PI调节器产生所需电压值，电压值再通过空间矢量变换(SVPWM)经逆变器转换为电压输出到电机侧。由于Q轴电流设定转速为固定值，当电机负载突然变化时，电机转速无法反馈，Q轴电流电流矢量频率角θ无法随负载的波动而变化，从而导致电机抗扰动能力差。

发明内容

本专利的目的是为解决I/F开环控制存在的问题，提供一种基于瞬时功率反馈的闭环I/F控制方法及其变频器控制系统。将瞬时功率反馈调节算法应用在开环I/F控制结构中，利用电机的瞬时有功功率和瞬时无功功率反馈调节定子电流的频率和幅值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于瞬时功率反馈的闭环I/F控制方法，将采集到的电机三相电流进行Clarke、park变换得到电机直轴、交轴的电压u_D、u_Q，电流i_D、i_Q，再根据瞬时功率理论，计算电机的瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q；

通过高通滤波器提取有功功率P的高频分量，得到转速的增量Δω，转速增量Δω补偿到设定转速ω^*中，再经积分器得到所需的电流矢量角θ，以此增加系统的阻尼转矩分量；

计算设定无功功率Q^*与实际无功功率Q的偏差ΔQ，通过经PI调节后得到偏差ΔQ需要补偿的交轴电流Δi_Q，叠加到原有的交轴转矩电流i_Q-Ref,得到新的交轴转矩电流设定值以平衡负载转矩的变化；

直轴电流设定值和新的交轴转矩电流设定值再与电机实际反馈电流的差值经PI调节器产生所需电压值，电压值再通过park逆变换和空间矢量变换(SVPWM)经逆变器转换为电压输出到电机侧。