专利名称：功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术及其装置的制作方法
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。
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r二OAc^ ^可以看出，异步电动机的转矩是由 异步电动机气隙磁通夂和转子电流的有功分量/2 5^相互作用产生的。异步 电动机的转子电流/2的大小取决于功率因数CM^，而功率因数跟电动机的转 差率有关系。从图l异步电动机的相量图可以看出，转子磁链％和转子电流/2 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0f ^COSK， 代入转矩公式可得7^ r》"COS y2= d/2，如果设法保持异步电动机的转子
磁链M恒定，则电机的转矩T就和转子电流/2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？/V恒定。M-T坐标系中T轴与M轴正交，M轴取转子磁链K的相量方向，T 轴和电流A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厶和/,,， 转子磁链W对厶的响应是一阶惯性环节，转矩T对厶是即时响应，因此将厶, 称为定子电流的激磁分量，厶,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％恒定，就存在转矩T正比于A，即以通过调节^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。
如图l、图2所示，将三相异步电动机在三相坐标系下的定子电流厶、厶、 i;通过三相-二相转换器的变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流/。、 /e， 再通过转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流/d、 Jq(/d 相当于直流电动机的励磁电流、即图1中的厶1; A相当于与转矩成正比的电枢 电流，即图1中的/u)，然后再与给定的励磁电流7>和转矩电流入*分别相减， 其差值分别经过PI调节后形成同步旋转坐标系下的直流电压Vd和Vq， Vd和V。 再经过转子磁场定向旋转的反变换，形成两相静止坐标系下的直流电压V。和Ve ， 这两个直流电压通过SVPWM后，再经移相控制电路，分别控制每一相的各个功 率单元，从而调节高压变频器的三相输出，控制电动机的运行。矢量控制的实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两 个分量进行独立控制。通过控制转子磁链％，然后分解定子电流而获得转矩Iq 和磁场L两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
如图3所示， 一种为实施该方法的采用矢量控制技术的功率单元串联型高 压变频器，将经过功率单元的电信号送到矢量控制器中，在矢量控制器中采用 矢量技术对速度信号和电流信号进行解耦处理；矢量控制器与各个功率单元相 连。
实施例2
如图2、图3所示，本发明中，还可以在控制电路中，增加速度反馈的闭环 控制，以此避免由于输出波形不稳定而带来的误差。
为实施该方法而釆用的矢量控制技术功率单元串联型高压变频器，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。
其它技术方案与实施例1相同。
权利要求
1、一种功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术，其特征在于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。
2、 根据权利要求l所述的功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术，其 特征在于在所述的控制电路中，设有速度反馈的闭环控制。
3、 一种如权利要求1所述的为实施该方法的采用矢量控制技术的功率单元 串联型高压变频器，其特征在于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。
4、 根据权利要求3所述的采用矢量控制的功率单元串联型高压变频器，其特征在于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。
全文摘要
本发明公开了一种功率单元串联型高压变频器的矢量控制技术，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。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。
文档编号H02P21/00GK101465617SQ20081004922
公开日2009年6月24日 申请日期2008年2月13日 优先权日2008年2月13日
发明者崔会朋, 皓 张, 张万忠, 张敬叶, 张福贵, 辉 赵, 赵禧林 申请人:焦作市明株自动化工程有限责任公司