变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，应用于需要 带输出电抗器运行的矢量控制。
【背景技术】
[0002] 在变频器的实际使用中，如果变频器所拖动的电动机与变频器之间的距离大于变 频器产品标出的规定电缆长度，变频器就必须在它的输出侧加装滤波设备，从而增强变频 器的长距离带载能力。滤波设备一般有三相交流输出电抗器、三相dv/dt滤波器和三相正 弦波滤波器，其中以三相交流输出电抗器的价格最合理，使用普及程度最高。
[0003] -般的变频器产品在带三相交流电抗器进行矢量控制运行时，并没有对控制算法 进行特殊的处理，方法和不带三相交流电抗器时一样。由于三相交流电抗器的电压压降为 输出电压的2%-4%，这个电压比重不算很大，在一般的使用场合中，变频器带三相交流电 抗器运行仍能满足性能要求。但在一些高性能、高转速的交流传动场合，就会产生较明显的 影响。
[0004] 图1是变频器不带三相交流电抗器的框图，图2是变频器带三相交流电抗器的框 图。两者都是从三相电网1吸收三相电能，通过变频器2内部的交流变直流环节（AC-DC) 和直流变交流环节（DC-AC)将三相电网1的工频电压变为幅值和频率可变的三相电压。两 者的区别仅在于在变频器2的输出是否加有三相交流电抗器4去连接电动机3。
[0005] 图3是变频器不带三相交流电抗器时的矢量图，由于是采用磁场定向矢量控制， 电动机的转子磁链被定向在MT坐标系的M轴上，因此产生转子磁链的定子电流分量Ism 也在M轴上，而产生转矩的定子电流分量Ist在与M轴正交的T轴上。电动机的输入功率因 数角为9,故电动机定子电压矢量1和定子电流矢量I3的夹角为0。电动机定子电压矢 量1在M轴和T轴上的分量分别为Usm和Ust。
[0006] 图4是变频器带三相交流电抗器时的矢量图，为了分析的简洁，忽略三相交流电 抗器的电阻r。变频器期望输出电压矢量I/】、三相交流电抗器电压矢量《LIS(L为三相交流 电抗器的电感量，《为流过三相交流电抗器的电流的角频率）和电动机定子电压矢量1构 成一个矢量三角形，《和Us之间的夹角为S，可见[^和Us在相角和幅值上都有区别。当 变频器控制正常时，控制器产生的控制参考电压和变频器的输出电压矢量是相同的，因此 由于三相交流电抗器的压降，变频器的实际控制电压和电动机实际得到的定子电压是不同 的。由图3可知，电动机定子电压矢量1在M轴和T轴上的分量模值Usm和Ust都小于W 在M轴和T轴上的分量模值1C,和。因此电动机不仅处于欠励磁状态，转矩分量电流也不 足，电动机的转矩能力小于控制器的实际要求。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是，针对现有变频器带输出电抗器进行矢量控制存在的 上述不足，提供一种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，对电动机输入端 定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间产生的偏差进行补偿控制，提高电机的动态 性能。
[0008] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0009] -种变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，包括如下步骤：
[0010] 1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器的电感、电阻参数输入到 变频器的控制器中；
[0011] 2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的三相交流 电抗器的电感、电阻参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电 动机测速器件得到的电动机实际转速，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机定子电压 矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差；
[0012] 3)然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿。
[0013] 按上述方案，该方法具体包括如下步骤：
[0014] 1)在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器单相电感量L、单相电阻 值r输入到变频器的控制器中；
[0015] 2)当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据步骤1)离线输入的三 相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三 相输出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速《，计算得到三相交流电抗器所产生 的电动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差，具体为：
[0016]a、列写三相交流电抗器在三相静止坐标系中的时域方程：
【主权项】
1. 变频器带输出电抗器运行的前馈解禪矢量控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 在变频器运行前，将变频器所配置的H相交流电抗器的电感、电阻参数输入到变频 器的控制器中； 2) 当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的H相交流电抗 器的电感、电阻参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器H相输出电流和电动机 测速器件得到的电动机实际转速，计算得到H相交流电抗器所产生的电动机定子电压矢量 与变频器期望输出电压矢量之间的偏差； 3) 然后在控制器的输出电压参考波形中对该个偏差进行前馈补偿。
2. 根据权利要求1所述的变频器带输出电抗器运行的前馈解禪矢量控制方法，其特征 在于，该方法具体包括如下步骤： 1) 在变频器运行前，将变频器所配置的H相交流电抗器单相电感量L、单相电阻值r输 入到变频器的控制器中； 2) 当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据步骤1)离线输入的H相交 流电抗器单相电感量L、单相电阻值r，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器H相输 出电流和电动机测速器件得到的电动机实际转速U，计算得到H相交流电抗器所产生的电 动机定子电压矢量与变频器期望输出电压矢量之间的偏差，具体为： a、 列写H相交流电抗器在H相静止坐标系中的时域方程：
其中；/s =|/,|八>，电动机定子电流矢量； 叫e如，变频器期望输出电压矢量； 时趴电动机定子电压矢量； <?:转子磁链所在定向轴与定子轴的夹角，由电动机的转差角频率指令值与电动机 实际转速《相加后积分得到； b、 将H相静止坐标系的时域方程变换到旋转的MT空间坐标系中，转子磁链所在定向 轴为励磁轴M轴，^为旋转的MT空间坐标系转过的空间角度，得到M轴变频器期望输出电 压分量tC,、T轴变频器期望输出电压分量CC与M轴电动机定子电压分量&m、T轴电动机 定子电压分量之间的偏差满足下式：
其中，分别为电动机定子电流矢量I S在M轴、T轴的分量，《为流过H相交流电 抗器的电流的角频率，分别为H相交流电抗器电压矢量《LI ,在M轴、T轴的 分量，在稳态时有：
3)然后在控制器的输出电压参考波形中对该个偏差进行前馈补偿，具体如下： 设M轴电压前馈补偿量A &m、T轴电压前馈补偿量A 满足下式： AUsu= rl su"?LIst AUst=rIst+?LIsm 则 U:m=Usm 调sm U:=U" + Wst 即M轴变频器期望输出电压分量iC、T轴变频器期望输出电压分量tC分别为M轴电 动机定子电压分量U,m、T轴电动机定子电压分量U J]日上对应的M轴电压前馈补偿量A U ,m、 T轴电压前馈补偿量A &t; 因此，在M轴/T轴变频器期望输出电压分量的,/的中包含A U,m/ A &t，抵消掉电抗器 电感对电动机定子电压矢量的影响，即； U:m=U:'、*Wsm K=的+ M/,, 则： U:、=Usm U:、二 Us, tC、的1分别为新的M轴/T轴控制器输出电压矢量，此时变频器的控制器输出电压和 变频器实际输出到电机的定子电压相等。
【专利摘要】变频器带输出电抗器运行的前馈解耦矢量控制方法，包括如下步骤：在变频器运行前，将变频器所配置的三相交流电抗器的电感、电阻参数输入到变频器的控制器中；当变频器开始运行，控制器进行矢量控制时，控制器根据离线输入的三相交流电抗器参数，配合变频器内部电流传感器检测到的变频器三相输出电流和电动机测速器件得到的电动机转速，计算得到三相交流电抗器所产生的电动机输入端电压矢量与变频器期望输出矢量之间的偏差；然后在控制器的输出电压参考波形中对这个偏差进行前馈补偿。本发明的有益效果：通过这个前馈补偿，使得电动机输入端得到的定子电压矢量和变频器期望输出电压矢量完全一致，消除电抗器电感对实际电压矢量控制的影响。
【IPC分类】H02P27-08, H02P21-00
【公开号】CN104601070
【申请号】CN201410839696
【发明人】余骏, 王国强, 康现伟
【申请人】中冶南方（武汉）自动化有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月29日