一種靜止變頻器雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種靜止變頻器的轉(zhuǎn)子位置計算方法，尤其涉及一種靜止變頻器的雙 重轉(zhuǎn)子位置計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 靜止變頻器是一種電流源型同步電機自控式驅(qū)動系統(tǒng)，準(zhǔn)確的電機轉(zhuǎn)子位置檢 測，直接影響靜止變頻器能否正常驅(qū)動電機啟動。隨著測量技術(shù)、控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越 來越多的靜止變頻器產(chǎn)品開始使用無傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測方法。這有效減少了用戶的維 護工作量，也降低了產(chǎn)品成本。無傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測算法是現(xiàn)代靜止變頻器的關(guān)鍵技 術(shù)之一，也是一個技術(shù)難點，特別是轉(zhuǎn)子初始位置的檢測。
[0003] 為了檢測電機的轉(zhuǎn)子初始位置，控制系統(tǒng)通常采用如下方法：給電機轉(zhuǎn)子繞組施 加階躍的勵磁電流指令，并從測量到的機端感應(yīng)電壓中提取電機初始轉(zhuǎn)子位置。然而，此機 端感應(yīng)電壓信噪比很低，需要進行專門的信號處理，以提取轉(zhuǎn)子位置信息。
[0004] 此外，由靜止變頻器的工作原理知，定子電流形成的磁場有6個可能的電氣位置， 如圖1中的S1~S6所示。為了保證初次加速轉(zhuǎn)矩足夠大，需要根據(jù)初始轉(zhuǎn)子位置，合理選 擇初次觸發(fā)的機橋閥組號（VT1~VT6)，使得定子電流形成的磁場￡超前于轉(zhuǎn)子磁場&，且 二者有合適的夾角。
[0005] 如圖1所示，錯誤的轉(zhuǎn)子初始位置判斷，會導(dǎo)致機組啟動失敗，甚至反向轉(zhuǎn)動。某 些特殊應(yīng)用場合（如大型燃氣輪機機組啟動），這有可能造成機械結(jié)構(gòu)的損壞（如盤車齒輪 機構(gòu)），應(yīng)避免出現(xiàn)。然而，常見的無傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測方法，存在計算方法單一、無多種 算法相互校驗等問題。
[0006] "ZL201010539868. 0 "提出了一種同步電機轉(zhuǎn)子靜止位置檢測方法，未涉及磁通觀 測方法和雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是：采用改進磁通觀測器和線電壓直接濾波兩種算法，處理低信噪 比的機端感應(yīng)電壓，提取電機初始轉(zhuǎn)子位置。通過確保兩次初次觸發(fā)閥組號相同，防止轉(zhuǎn)子 初始位置誤判導(dǎo)致的機組啟動反轉(zhuǎn)。
[0008] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：靜止變頻器雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法，采用如下兩種方 法從低信噪比的機端感應(yīng)電壓中辨識轉(zhuǎn)子位置。
[0009] 方法一，如圖2所示，對原始機端感應(yīng)線電壓信號進行數(shù)字濾波及相位補償，以常 用公式①得到電機初始轉(zhuǎn)子位置Θi。根據(jù)啟動轉(zhuǎn)矩最大原則，選定初次施加的定子繞組磁 場位置為I,:，機橋初次觸發(fā)閥組號為VT"i、VI，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)，如圖4所示。
[0010]
[0011] 式①中，uBe、ueA、uAB為濾波處理后的機端線電壓值。
[0012] 方法二，對原始機端感應(yīng)電壓信號進行積分，計算定子磁通。為抑制零漂導(dǎo)致的積 分偏置，采用式②所示算法，算法框圖如圖3所示。
[0013]
[0014] 其中u。、up為αβ軸機端感應(yīng)電壓分量

λ_根據(jù)勵磁電流階躍值整定。根據(jù)常用公式③ 計算得到電機初始轉(zhuǎn)子位置Θ2，以啟動轉(zhuǎn)矩最大原則選擇定子繞組磁場位置為，機橋 初次觸發(fā)閥組號為VTn2、VI^，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)
[0015]
[0016] 若VTnl、VUPVT 相同，則判定轉(zhuǎn)子位置計算成功，解鎖系統(tǒng)，并啟動機橋初 次觸發(fā)，如圖4(a)所示。否則，判定為轉(zhuǎn)子位置計算失敗，終止本次啟動，如圖4(b)、4(c)所示。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：采用兩種不同的信號處理方法提取轉(zhuǎn)子初始位置，并對兩 方法的計算結(jié)果相互校核，可有效避免機組啟動時出現(xiàn)的反向轉(zhuǎn)動，提高了大型同步電機 啟動的安全性。本算法不依賴于額外的硬件電路，整定參數(shù)較少，易于工程應(yīng)用。
【附圖說明】
[0018] 圖1是靜止變頻器初次觸發(fā)示意圖；
[0019] 圖2是靜止變頻器轉(zhuǎn)子位置檢測原理示意圖；
[0020] 圖3是電壓積分的磁通算法框圖；
[0021 ] 圖4是雙重轉(zhuǎn)子初始位置判定規(guī)則示意圖。
[0022] 圖 1 中：
[0023] CLS為網(wǎng)橋變流器，6脈波晶閘管變流器；
[0024]CMS為機橋變流器，6脈波晶閘管變流器；
[0025]id為回路直流電流；
[0026]VI\~VT6為機橋晶閘管編號。
[0027]圖 2 中：
[0028]ueA、uBe、uAB為發(fā)電機端感應(yīng)電壓，已濾波處理；
[0029]圖 3 中：
[0030] ua、U{!為三相機端感應(yīng)電壓在αβ軸上的分解量；
[0031]Φα、Φe為定子磁通在αβ軸上的分解量；
[0032]ω。為一階低通濾波器截止頻率。
[0033]圖 4 中：
[0034]Sl、S2、S3、S4、S5、S6為空間上，定子電流形成的磁場軸線的可能方向；
[0035] θρΘ2為兩種方法分別計算出的轉(zhuǎn)子位置與A相繞組軸線的夾角；
[0036] 為兩種方法判別出的，初始定子繞組磁場施加的位置。
【具體實施方式】[0037] 實施例1
[0038] 本靜止變頻器雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法，包括以下步驟：
[0039] (1)當(dāng)靜止變頻器接收到啟動命令，給機組勵磁系統(tǒng)施加階躍指令，并通過機橋電 壓傳感器實時測量機端電壓。
[0040] (2)對低信噪比的三相機端感應(yīng)電壓，采用以下兩種方進行處理，并從中辨識轉(zhuǎn)子 位置。
[0041] 方法一，對該三相線電壓信號進行數(shù)字濾波，濾波器傳遞函數(shù)為G(z) =Fi(z) F2(z)。其中Fdz)為低通濾波器，F(xiàn)2(z)具有相位超前特性，確保G(z)對極低頻段的相位延 遲較小。將濾波后的線電壓代入常用公式①，計算電機初始轉(zhuǎn)子位置。根據(jù)啟動轉(zhuǎn)矩最 大原則，選定初次施加的定子繞組磁場位置為，機橋初次觸發(fā)閥組號為VTnl、VI，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)，如圖 4 所示。
[0042]
[0043] 式①中，uBe、ueA、uAB為濾波處理后的機端線電壓值。
[0044] 方法二，根據(jù)式②對原始三相電壓采樣值進行abc-αβ變換，得到αβ軸的機端 感應(yīng)電壓分量ua、up。
[0045]
[0046] 然后，以電壓模型法進行定子磁通計算，由于電機啟動前定子電流為零，可以直接 對機端電壓采樣信號進行積分，如式③所示。
[0047]
[0048] 為了抑制直接積分導(dǎo)致零漂導(dǎo)致的積分偏置，并考慮到存在式④所示的關(guān)系，可 采用式⑤所示算法，如圖3所示。
[0049]
[0050]
[0051] nax 根據(jù) 勵磁電流階躍值整定，在計算轉(zhuǎn)子初始位置時ω。取60rad/s。根據(jù)常用公式⑥計算得到電 機初始轉(zhuǎn)子位置Θ2，以初始啟動轉(zhuǎn)矩最大原則選擇定子繞組磁場位置為，機橋初次觸 發(fā)閥組號為VTn2、VI，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)
[0052]
[0053] (3)對上述兩種計算結(jié)果進行校驗。若01與Θ2存在偏差，而VTnl、VUPVTn2、 VT&相同，表示初次施加的定子繞組磁場位置相同，可判定轉(zhuǎn)子位置計算成功，解鎖整流橋， 并啟動機橋初始觸發(fā)，如圖4 (a)所示。
[0054] 若VTnl、VUPVT不同（如θρΘ2的值偏差較大），為防止第一次施加的加 速轉(zhuǎn)矩過小或反向，應(yīng)判定為轉(zhuǎn)子位置計算失敗，并終止本次啟動，如圖4(b)、4(c)所示。
[0055] 本發(fā)明的有益效果是：采用兩種不同的信號處理方法提取轉(zhuǎn)子初始位置，并對兩 方法的計算結(jié)果相互校核，可有效避免機組啟動時出現(xiàn)的反向轉(zhuǎn)動，提高了大型同步電機 啟動的安全性。本算法不依賴于額外的硬件電路，整定參數(shù)較少，易于工程應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1. 一種靜止變頻器雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法，其特征是： (1) 電機啟動前施加階躍勵磁電壓，實時采樣機端三相感應(yīng)電壓，并對采樣信號進行如 下兩種處理：數(shù)字濾波處理、以電壓模型法求定子磁通； (2) 依據(jù)濾波后線電壓與定子磁通觀測值，分別計算電機初始轉(zhuǎn)子位置、選擇機橋初次 觸發(fā)閥組號，通過對比兩閥組號的異同，來判定轉(zhuǎn)子初始位置計算是否成功。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止變頻器雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法，其特征是：采用如式② 所示方法對電壓進行積分，得到定子磁通的α β軸分量φα和φ其中ua、up為α β軸機端電壓分量， 為幅值上限，ω。為 一階低通濾波器截止頻率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止變頻器雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法，其特征是：根據(jù)計算得 到的兩個轉(zhuǎn)子位置，分別確定機橋初次觸發(fā)閥組號。若兩者相同，認為轉(zhuǎn)子初始位置計算成 功；否則判定為計算異常，中止機組啟動過程。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種靜止變頻器雙重轉(zhuǎn)子位置計算方法，(1)電機啟動前施加階躍勵磁電壓，實時采樣機端三相感應(yīng)電壓，并對采樣信號進行如下兩種處理：數(shù)字濾波處理、以電壓模型法求定子磁通；(2)依據(jù)濾波后線電壓與定子磁通觀測值，分別計算電機初始轉(zhuǎn)子位置、選擇機橋初次觸發(fā)閥組號，通過對比兩閥組號的異同，來判定轉(zhuǎn)子初始位置計算是否成功。本發(fā)明采用兩種不同的信號處理方法提取轉(zhuǎn)子初始位置，并對兩方法的計算結(jié)果相互校核，可有效避免機組啟動時出現(xiàn)的反向轉(zhuǎn)動，提高了大型同步電機啟動的安全性。本算法不依賴于額外的硬件電路，整定參數(shù)較少，易于工程應(yīng)用。
【IPC分類】H02P6/18
【公開號】CN105281617
【申請?zhí)枴緾N201510650653
【發(fā)明人】劉騰, 石祥建, 閆偉, 劉為群, 邊登鵬, 婁繼獻
【申請人】南京南瑞繼保電氣有限公司, 大唐國際發(fā)電股份有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月9日