單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置制造方法
【專利摘要】一種單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置，它包括主電路及設(shè)置在主電路輸出端的充電單元；矢量控制器從主電路中采集進線電壓信號，并根據(jù)采集的進線電壓信號進行矢量控制，最終輸出矢量控制信號至功率控制單元，功率控制單元輸出控制信號至交流電機。本實用新型具有以下優(yōu)點：功率單元整流側(cè)串聯(lián)，實現(xiàn)單相高壓的疊波，采用單元串聯(lián)PWM整流技術(shù)，平衡單元母線電壓，為多電平輸出提供均衡的電平；通過預(yù)充電環(huán)節(jié)，和單元整流技術(shù)，完成6kV高壓電對串聯(lián)單元電容的充電過程，防止由于母線控制不均衡帶來的單元過壓問題。
【專利說明】單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及矢量控制在功率單元串聯(lián)型四象限高壓變頻器中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，高壓變頻器普遍采用變壓器副邊繞組功率單元級聯(lián)形式，每個單元需要獨立的電抗器和濾波電容。且變頻器普遍采用VVVF控制，啟動電流大，動態(tài)響應(yīng)速度慢，低頻輸出轉(zhuǎn)矩性能差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種控制精度高、響應(yīng)速度快，適應(yīng)于功率單元串聯(lián)型四象限高壓變頻器的矢量控制裝置。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置，它包括主電路及設(shè)置在主電路輸出端的充電單元；矢量控制器從主電路中采集進線電壓信號，并根據(jù)采集的進線電壓信號進行矢量控制，最終輸出矢量控制信號至功率控制單元，功率控制單元輸出控制信號至交流電機。
[0006]在交流電機上設(shè)有速度傳感器，速度傳感器將采集的速度信號傳送至矢量控制器中。
[0007]所述的功率單元串聯(lián)設(shè)置。
[0008]所述的矢量控制器還連接有人機界面。
[0009]采用上述技術(shù)方案的本實用新型，具有以下優(yōu)點:
[0010]①、功率單元整流側(cè)串聯(lián)，實現(xiàn)單相高壓的疊波，采用單元串聯(lián)PWM整流技術(shù)，平衡單元母線電壓，為多電平輸出提供均衡的電平。
[0011]②、通過預(yù)充電環(huán)節(jié)，和單元整流技術(shù)，完成6kV高壓電對串聯(lián)單元電容的充電過程，防止由于母線控制不均衡帶來的單元過壓問題。
[0012]③、逆變器采用矢量控制技術(shù)，通過采集電機側(cè)的電壓和電流信號，實現(xiàn)勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦，并完成磁通閉環(huán)和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)，使電機具有低頻大轉(zhuǎn)矩特性。
[0013]④、采集電機速度信號，與矢量控制器完成速度閉環(huán)控制。
[0014]⑤、控制器采集進線電源相位，通過光纖傳輸，使各個單元獲得電源相位信息。
[0015]⑥、控制器矢量變換輸出調(diào)制信號，通過載波移相技術(shù)，使各個單元獲得相應(yīng)觸發(fā)信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為矢量分解圖。
[0017]圖2為本實用新型矢量控制原理圖。
[0018]圖3為本實用新型整體結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實施方式】
[0019]一種單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置，它包括主電路及設(shè)置在主電路輸出端的充電單元；矢量控制器從主電路中采集進線電壓信號，并根據(jù)采集的進線電壓信號進行矢量控制，最終輸出矢量控制信號至功率控制單元，功率控制單元輸出控制信號至交流電機。上述的矢量控制器還連接有人機界面。
[0020]本實用新型的工作原理是:主電路初始上電，經(jīng)充電電阻對串聯(lián)單元進行單相充電，當(dāng)矢量控制器(如圖3所示)收到各個單元充電完成信號以后，發(fā)出接觸器吸合指令給PLC，控制接觸器吸合，將充電電阻短接，完成主回路充電。
[0021]矢量控制器采集進線電壓信號，通過軟件雙向鎖相環(huán)，判定電網(wǎng)電壓的相序和相位。通過三相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換，將電流分解為D軸電流和Q軸電流。通過D、Q軸電流的解耦控制，實現(xiàn)磁通解耦，通過控制Q軸電流為零，實現(xiàn)單位功率因數(shù)整流的目的。通過D、Q軸電壓矢量發(fā)生，得到電壓調(diào)制信號，經(jīng)載波移相，得到各個單元的觸發(fā)脈沖寬度和極性，進而實現(xiàn)單元串聯(lián)型PWM整流控制。
[0022]矢量控制器采集速度、電壓和電流信號，通過勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制。
[0023]從異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式武Λ 可以看出，異步電動機的轉(zhuǎn)矩是由氣隙磁通良、轉(zhuǎn)子電流矣和功率因素角界共同作用產(chǎn)生的。從圖1可以看出，轉(zhuǎn)子磁鏈#和轉(zhuǎn)子電流A相位相差《Γ，由于氣隙磁通與轉(zhuǎn)子磁鏈成一定比例關(guān)系，即灼，代入轉(zhuǎn)矩公式得到F=C^Jr。如果能夠保持異步電動機的轉(zhuǎn)子磁鏈舜恒定，則電機輸出轉(zhuǎn)矩:r
與轉(zhuǎn)子電iJ成正比關(guān)系，這樣異步電動機也能達到較好的調(diào)速性能。
[0024]如圖1所示，將三相靜止坐標系下的定子電壓，定子電流和主磁鏈，變換到轉(zhuǎn)子磁鏈定向的兩相旋轉(zhuǎn)坐標系，即M-T坐標系，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈舞的恒定。采用磁通觀測器觀測到電機轉(zhuǎn)子磁鏈類旋轉(zhuǎn)位置的信息，也就是觀測到轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)坐標軸線M、T軸，然后把定子電流4沿M、T軸分解為激磁分量和轉(zhuǎn)矩分量乙可以證明定子電流轉(zhuǎn)矩分量匕與轉(zhuǎn)子電流A大小相等而方向相反，這樣異步電機電磁轉(zhuǎn)矩方程可以變?yōu)?。這與直流電機轉(zhuǎn)矩方程完全一致，H與厶正交，我由定子電流磁場分量厶產(chǎn)生，實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)矩的解耦控制。
[0025]空載情況下，電機定子電流矢量與M軸重合，即4 n =O0定子電流全部提供給勵磁。負載情況下，定子電流必須提供轉(zhuǎn)矩分量4，毛將偏離磁場軸線M軸鈐角度。如果電機恒磁通運行，定子電流激磁分量^保持不變，電機輸出轉(zhuǎn)矩隨著厶的變化而變化。如圖2所示，將定子電流通過解耦，分解為激磁分量Jje和轉(zhuǎn)矩分量乙，通過磁通閉環(huán)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)調(diào)節(jié)，使4?和4可控，這樣就能夠達到很好的調(diào)速性能。
[0026]在交流電機上設(shè)有速度傳感器，速度傳感器將采集的速度信號傳送至矢量控制器中，從而增加了速度閉環(huán)控制。
[0027]由于電機旋轉(zhuǎn)角頻率與轉(zhuǎn)矩之間是一階慣性系統(tǒng)，所以通過給定轉(zhuǎn)矩電流，測量旋轉(zhuǎn)角頻率的加速度，可以得到轉(zhuǎn)動慣量J，進而得到外環(huán)的對象模型I/.*，通過速度PI閉環(huán)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)速度外環(huán)控制。速度調(diào)節(jié)器輸出作為轉(zhuǎn)矩電流的給定，進而實現(xiàn)電機速度閉環(huán)控制。
【權(quán)利要求】
1.一種單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置，其特征在于:它包括主電路及設(shè)置在主電路輸出端的充電單元；矢量控制器從主電路中采集進線電壓信號，并最終輸出矢量控制信號至功率控制單元，功率控制單元輸出控制信號至交流電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置，其特征在于:在交流電機上設(shè)有速度傳感器，速度傳感器將采集的速度信號傳送至矢量控制器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置，其特征在于:所述的功率單元串聯(lián)設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元串聯(lián)高壓變頻器矢量控制裝置，其特征在于:所述的矢量控制器還連接有人機界面。
【文檔編號】H02P21/00GK203984291SQ201320704733
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】劉東耀, 王江濤, 葛偉釗, 徐智鍇, 任志強, 趙輝 申請人:焦作市明株自動化工程有限責(zé)任公司