一种异步电机VF控制电机振荡抑制方法与流程

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一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法
技术领域
1.本发明属于异步电机vf控制方法技术领域，具体涉及一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法。

背景技术：

2.vf控制是一种常用的变频器控制模式，优点是控制方式简单，不依赖电机参数，适应于大多数应用场合。vf控制属于开环控制，无法针对轻载或者空载运行时在特定运行频率固有不稳定特性进行抑制，从而产生转矩波动，引起电机持续振荡，同时电机电流也出现大幅振荡导致变频器报故障停机，长时间持续振荡会缩短电机及其他电机设备的使用寿命，在特定振荡频率段内无法正常运行，也限制了vf控制方式的调速范围。
3.一般认为，vf控制电机振荡通常与调制方式、逆变器死区效应、变频器与电机的无功交换、电机的机械频率共振有关。由于vf控制属于开环控制，当出现电流振荡时，没有有效反馈对当前输出进行调整，容易导致振荡进一步恶化，直至电机或变频器出现异常。
4.针对异步电机vf控制电机振荡问题，通常是通过检测输出电流，提取振荡因素，对输出频率进行调整，通过稳定输出转矩，达到抑制电机振荡。电机振荡同时会引起母线电压的波动，导致输出电压的不稳定，因此通过检测母线电压，调整并稳定输出电压，可以有效避免电机振荡进一步恶化。通常电机振荡呈现不规则周期性，若控制响应不及时，或调整量与电机振荡形成追逐，则不仅不能实现对电机振荡的抑制，甚至会导致电机振荡进一步加剧。
5.因此，一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法亟待提出。

技术实现要素：

6.为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：本发明提供一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，包括如下步骤：s1.变频器采样三相输出电流，通过电流坐标转换器获取异步电机瞬时无功电流，所述瞬时无功电流通过第一滤波器和减法器提取无功电流振荡分量；s2.所述无功电流振荡分量通过第一振荡抑制计算单元输出振荡抑制计算角度，所述振荡抑制计算角度通过调整角度输出控制器输出振荡抑制调整角度；s3.变频器采样母线电压，通过母线电压采样值保持器和减法器计算获得母线电压变化量，所述母线电压变化量通过第二振荡抑制计算单元输出振荡抑制调整电压；s4.将振荡抑制调整角度与频率指令通过第二角度积分器计算获得角度相加，将振荡抑制调整电压与频率指令通过vf曲线计算单元计算获得输出电压相加，用于svpwm调制输出。
8.优选的，所述第一振荡抑制计算单元包括第一比例系数、通用调节单元、调整频率
计算单元、调整频率限幅单元、第一角度积分器；所述第一比例系数为用户可调节参数；所述无功电流振荡分量通过与第一比例系数和通用调节单元相乘获得等效电压调整量；所述调整频率计算单元为等效电压调整量根据vf曲线斜率反算获得振荡抑制调整频率；所述振荡抑制调整频率经过调整频率限幅单元和第一角度积分器输出振荡抑制计算角度。
9.优选的，所述通用调节单元依据当前变频器额定输出电流自动计算调节参数，用于针对不同容量异步电机的用户调节参数进行调节。
10.优选的，所述调整角度输出控制器对振荡抑制计算角度进行累加，若累加振荡抑制计算角度达到预设角度阈值，则按照预设角度阈值输出振荡抑制调整角度，若累加振荡抑制计算角度未达到预设角度阈值，则不输出振荡抑制调整角度。
11.优选的，所述第二振荡抑制计算单元包括第二比例系数、第一调整电压计算单元；所述第二比例系数为用户可调节参数；所述第一调整电压计算单元依据母线电压变化量计算获得振荡抑制调整电压。
12.优选的，所述步骤s3中变频器采样母线电压后，母线电压还通过第二滤波器和减法器计算获得母线电压振荡分量，母线电压振荡分量通过第三振荡抑制计算单元输出振荡抑制调整电压；所述第三振荡抑制计算单元包括第三比例系数、第二调整电压计算单元、调整电压限幅单元；所述第三比例系数为用户可调节参数；所述第二调整电压计算单元依据母线电压振荡分量计算获得振荡抑制调整电压；所述调整电压限幅单元限制振荡抑制调整电压的最大值和最小值。
13.优选的，所述第一滤波器在低频阶段降低滤波效果，避免出现启动异常；所述调整频率限幅单元在低频阶段降低频率限幅值，避免输出振荡抑制调整频率过大导致异常。
14.本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：第一，本发明同时对输出电流和母线电压进行检测，增加调整角度输出控制器和通用调节单元等环节，可以有效加快控制响应，实现最佳控制调整量输出，抑制效果明显，并且可以满足针对不同容量异步电机参数一致性的需要，具有很好的实用价值。
15.第二，本发明通过增加通用调节单元，依据当前变频器的额定输出电流、额定输出电压等易获取参数，自动计算相应调节参数，在无需调整或只需要微调用户参数，即可实现对不同容量异步电机的振荡抑制，参数一致性较好。
16.第三，本发明通过增加振荡抑制计算角度累加输出的环节，避免振荡抑制调整量与电机振荡形成追逐，无法有效抑制电机振荡，同时也避免高载波情况下，单次调节量太小，导致抑制效果不佳的问题。
17.第四，由于电机振荡导致变频器与电机能量交换不稳定，引起母线电压的波动，本发明还通过检测母线电压变化调节输出电压，通过稳定输出电压，避免因输出电压的波动导致电机振荡进一步恶化。
附图说明
18.图1为本发明实施方式一中一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法的流程框架图；图2为本发明实施方式一中第一振荡抑制计算单元的框架图；图3为本发明实施方式一中第二振荡抑制计算单元的框架图；
图4为本发明实施方式二中一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法的工作流程框架图；图5为本发明实施方式二中第三振荡抑制计算单元的框架图；图6为未采用和采用本发明抑制方法变频器驱动7.5kw异步电机在25hz运行时电流对比图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
20.具体实施方式一：本实施方式提供一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，包括如下步骤：s1.变频器采样三相输出电流，通过电流坐标转换器获取异步电机瞬时无功电流，瞬时无功电流通过第一滤波器和减法器提取无功电流振荡分量；如图1所示，输出电流采样单元采样三相输出电流，经电流坐标转换器计算获得瞬时无功电流i_d和瞬时有功电流i_q；瞬时无功电流i_d通过第一滤波器可得无功电流直流分量i_d_lpf，通过减法器计算获得无功电流振荡分量δi_d=i_d_lpf-i_d。
21.s2.所述无功电流振荡分量通过第一振荡抑制计算单元输出振荡抑制计算角度，振荡抑制计算角度通过调整角度输出控制器输出振荡抑制调整角度；如图2所示，第一振荡抑制计算单元包括第一比例系数、通用调节单元、调整频率计算单元、调整频率限幅单元、第一角度积分器；第一比例系数为用户可调节参数，记为k_p1；通用调节单元依据当前变频器额定输出电流自动计算调节参数，记为k_a；k_a=v_m/i_m*k_m，其中v_m为变频器输入电压，i_m为变频器额定输出电流，k_m为变频器内置机种识别系数；通过通用调节单元可以针对不同容量异步电机的用户可调节参数k_p1的进行调节，满足一致性需求；无功电流振荡分量通过与第一比例系数和通用调节单元相乘获得等效电压调整量，记为v_δid；调整频率计算单元为等效电压调整量v_δid根据vf曲线斜率反算获得振荡抑制调整频率f_adj，即f_adj=v_δid
×
f_base/v_base，其中f_base为vf曲线基底频率，v_base为vf曲线基底电压；振荡抑制调整频率f_adj经过调整频率限幅单元和第一角度积分器输出振荡抑制计算角度；调整频率限幅单元设定振荡抑制调整频率的最大限幅值f_adj_max；一般而言，低频运行时，需相应减小f_adj_max，避免振荡抑制调整频率较大导致运行异常；第一角度积分器用于对振荡抑制调整频率f_adj进行角度积分，得到振荡抑制计算角度θ_cal；调整角度输出控制器对振荡抑制计算角度θ_cal进行累加，若累加振荡抑制计算角度达到预设角度阈值θ_thr，则输出振荡抑制调整角度θ_adj=θ_thr，若累加振荡抑制计算角度未达到预设角度阈值θ_thr，则输出振荡抑制调整角度θ_adj=0。
22.s3.变频器采样母线电压，通过母线电压采样值保持器和减法器计算母线电压变化量，母线电压变化量通过第二振荡抑制计算单元输出振荡抑制调整电压；如图1所示，母线电压采样单元采样直流母线电压v_pn，通过母线电压采样值保持器读取前一周期采样母线电压v_pn_last，通过减法器计算获得母线电压变化量δv_pn1=v_pn_last-v_pn，母线电压变化量δv_pn1经过第二振荡抑制计算单元得到振荡抑制调整电压v_d_adj1；如图3所示，第二振荡抑制计算单元包括第二比例系数、调整电压计算单元；第二比例系数为用户可调节参数，记为k_p2；第一调整电压计算单元是根据逆变器数学模型，确定母线电压与逆变器输出电压的关系，以常见的svpwm调制为例，振荡抑制调整电压；通过第二振荡抑制计算单元，修正因母线电压出现振荡情况导致调制输出电压计算值与实际值存在偏差的问题，可以在电机振荡引起母线电压波的情况下，保持输出电压稳定，避免因输出电压的波动，导致电机振荡进一步恶化。
23.s4.所述振荡抑制调整角度与频率指令通过角度积分器计算获得角度相加，所述振荡抑制调整电压与频率指令通过vf曲线计算单元计算获得输出电压相加，用于svpwm调制输出；如图1所示，由速度曲线计算当前频率指令f_ref，由频率指令f_ref根据vf曲线计算输出电压v_ref，由频率指令f_ref经过角度积分器2得到电压矢量角θ_ref；输出电压v_ref与振荡抑制调整电压v_d_adj1相加得到最终输出电压，电压矢量角θ_ref与振荡抑制调整角度θ_adj相加得到最终输出电压矢量角，最终输出电压和最终输出电压矢量角用于svpwm调制单元计算和输出；如图6所示，未采用（图6中的左半部分）和采用（图6中的右半部分）根据本实施例控制方法，变频器驱动7.5kw异步电机在25hz运行时电流对比图，通过比较可以看出，本发明提供的控制方法可以迅速有效地抑制电机振荡。
24.具体实施方式二：作为另一优选实施方式，其余与实施方式一相同，不同之处在于，本实施方式在变频器采样母线电压后，母线电压还母线电压通过第二滤波器和减法器计算获得母线电压振荡分量，母线电压振荡分量通过第三振荡抑制计算单元输出振荡抑制调整电压。
25.如图4所示，母线电压采样单元采样直流母线电压v_pn，通过第二滤波器可得母线电压v_pn_lpf，通过减法器计算获得母线电压波动量δv_pn2=v_pn_lpf-v_pn，母线电压波动量δv_pn2经过第三振荡抑制计算单元得到振荡抑制调整电压v_d_adj2；如图5所示，第三振荡抑制计算单元包括第三比例系数、第二调整电压计算单元、调整电压限幅单元；第三比例系数为用户可调节参数，记为k_p3；第二调整电压计算单元是根据逆变器数学模型，确定母线电压与逆变器输出电压的关系，以常见的svpwm调制为例，振荡抑制调整电压；调整电压限幅单元用于限制振荡抑制调整电压v_d_adj2的输出范围，其中设置v_d_adj2最小值是回避正常母线电压波动，同时可以实现优先进行基于输出无功电流的振荡
抑制，设置v_d_adj2最大值是避免异常输出电压调整引起电机异常。
26.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：s1.变频器采样三相输出电流，通过电流坐标转换器获取异步电机瞬时无功电流，所述瞬时无功电流通过第一滤波器和减法器提取无功电流振荡分量；s2.所述无功电流振荡分量通过第一振荡抑制计算单元输出振荡抑制计算角度，所述振荡抑制计算角度通过调整角度输出控制器输出振荡抑制调整角度；s3.变频器采样母线电压，通过母线电压采样值保持器和减法器计算获得母线电压变化量，所述母线电压变化量通过第二振荡抑制计算单元输出振荡抑制调整电压；s4.将振荡抑制调整角度与频率指令通过第二角度积分器计算获得角度相加，将振荡抑制调整电压与频率指令通过vf曲线计算单元计算获得输出电压相加，用于svpwm调制输出。2.根据权利要求1所述的一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，其特征在于：所述第一振荡抑制计算单元包括第一比例系数、通用调节单元、调整频率计算单元、调整频率限幅单元、第一角度积分器；所述第一比例系数为用户可调节参数；所述无功电流振荡分量通过与第一比例系数和通用调节单元相乘获得等效电压调整量；所述调整频率计算单元为等效电压调整量根据vf曲线斜率反算获得振荡抑制调整频率；所述振荡抑制调整频率经过调整频率限幅单元和第一角度积分器输出振荡抑制计算角度。3.根据权利要求2所述的一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，其特征在于：所述通用调节单元依据当前变频器额定输出电流自动计算调节参数，用于针对不同容量异步电机的用户调节参数进行调节。4.根据权利要求1所述的一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，其特征在于：所述调整角度输出控制器对振荡抑制计算角度进行累加，若累加振荡抑制计算角度达到预设角度阈值，则按照预设角度阈值输出振荡抑制调整角度，若累加振荡抑制计算角度未达到预设角度阈值，则不输出振荡抑制调整角度。5.根据权利要求1所述的一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，其特征在于：所述第二振荡抑制计算单元包括第二比例系数、第一调整电压计算单元；所述第二比例系数为用户可调节参数；所述第一调整电压计算单元依据母线电压变化量计算获得振荡抑制调整电压。6.根据权利要求1所述的一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤s3中变频器采样母线电压后，母线电压还通过第二滤波器和减法器计算获得母线电压振荡分量，母线电压振荡分量通过第三振荡抑制计算单元输出振荡抑制调整电压；所述第三振荡抑制计算单元包括第三比例系数、第二调整电压计算单元、调整电压限幅单元；所述第三比例系数为用户可调节参数；所述第二调整电压计算单元依据母线电压振荡分量计算获得振荡抑制调整电压；所述调整电压限幅单元限制振荡抑制调整电压的最大值和最小值。7.根据权利要求2所述的一种异步电机vf控制电机振荡抑制方法，其特征在于：所述第一滤波器在低频阶段降低滤波效果，避免出现启动异常；所述调整频率限幅单元在低频阶段降低频率限幅值，避免输出振荡抑制调整频率过大导致异常。

技术总结

本发明公开了一种异步电机VF控制电机振荡抑制方法，包括如下步骤：变频器采样三相输出电流，获取异步电机瞬时无功电流，提取无功电流振荡分量，输出振荡抑制计算角度，再输出振荡抑制调整角度；同时，变频器采样母线电压，获得母线电压变化量，再输出振荡抑制调整电压；最后，将振荡抑制调整角度与频率指令通过第二角度积分器计算获得角度相加，将振荡抑制调整电压与频率指令通过VF曲线计算单元计算获得输出电压相加，用于SVPWM调制输出。本发明同时对输出电流和母线电压进行检测，增加调整角度输出控制器和通用调节单元，有效加快控制响应，实现最佳控制调整量输出，抑制效果明显，可以满足针对不同容量异步电机参数一致性的需要。需要。需要。