申请/专利权人：广东明阳龙源电力电子有限公司

申请日：2017-10-09

公开（公告）日：2020-10-23

公开（公告）号：CN107872172B

主分类号：H02P1/26(20060101)

分类号：H02P1/26(20060101);H02P27/04(20160101);H02P27/14(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.23#授权;2018.05.01#实质审查的生效;2018.04.03#公开

摘要：本发明公开了一种闭环及VF控制的电机在MMC变频器下的启动方法，由给定频率f得出输出电压v以及给定的励磁电流i_flux_ref，检测实际的输出电流，根据此处基于VF控制得出的给定的励磁电流i_flux_ref对输出电流形成闭环控制，使得输出电流不断趋近于给定的励磁电流i_flux_ref，再由反馈调节后的输出电流结合输出电压v得到输出电压控制信号，同时，经过MMC桥臂计算模块处理得出高频共模电压以及环流电流和能量控制信号，并且相应输出到MMC控制模块中控制电机启动，本设计使得电机启动时，MMC模块内的单元直压波动较小，即使在低频下启动，也能使得单元直压波动较低，快速完成启动。

主权项：1.一种闭环及VF控制的电机在MMC变频器下的启动方法，其特征在于,包括以下步骤：S1、给定频率f，将给定频率f按照VF控制曲线计算输出电压v，根据给定频率f以及输出电压v通过磁链计算得出给定的励磁电流i_flux_ref；S2、检测供应电机运作的三相的输出电流ia、ib、ic，根据三相的输出电流ia、ib、ic换算出实际励磁电流的电流反馈量i_flux；S3、对实际的励磁电流进行闭环控制，根据励磁电流i_flux_ref对电流反馈量i_flux进行PI调节，使得电流反馈量i_flux收敛于励磁电流i_flux_ref后结合输出电压v得到输出到MMC控制模块中的输出电压控制信号va*、vb*、vc*；S4、经过MMC桥臂计算模块处理得出输出到MMC控制模块中高频共模电压va_H*、vb_H*、vc_H*以及环流电流和能量控制信号ia_cir_H*、ib_cir_H*、ic_cir_H*；S5、MMC控制模块将输出电压控制信号、高频共模电压以及环流电流和能量控制信号结合生成三相上、下桥臂控制信号ua_up、ua_down、ub_up、ub_down、uc_up、uc_down。

全文数据：一种闭环及VF控制的电机在MMG变频器下的启动方法技术领域[0001]本发明涉及变频调速领域，特别是一种基于异步电机VF的励磁闭环控制的MMC变频器启动方法。背景技术[0002]模块化多电平变频器ModularMultilevelConverter，简称MMC得到越来越多的关注和应用。它秉承了H桥级联模块化的优点，通过功率单元的级联容易实现多电平输出，且不需要输入移相变压器，易于四象限运行。由于这些突出优点，目前国内外主要研究将其应用在电力拖动ACAC变频器等领域。但MMC拓扑结构存在一些缺点，由于模块电容悬浮，存在一定的单元直压波动，而且频率和波动幅值成反比。[0003]启动性能是衡量大容量变频调速系统的重要指标之一，一般都是希望启动过程中有很大的启动转矩，同时启动电流尽可能的小。基于恒压频比开环控制VF与矢量闭环控制的变频调速系统相比，具有不依赖电机参数、不需要速度反馈、控制方法简单、容易实现等特点，广泛应用于变频调速的风机和水栗等负载拖动。但同样，如图3所示，VF控制相对于矢量闭环控制来说，其启动性能不是很好，尤其是拖动中大型负载时输出电流容易偏移、电压波动较大、非常容易出现启动失败、电流冲击过大等故障，直接启动电机时，电机内部磁链及反电动势几乎为零，起始电压几乎完全加载定子漏抗上，造成很大的励磁浪涌，而实际与磁链正交的电流分量转矩）比例很低，这是传统的VF控制下异步电机启动电流大却输出转矩低的主要原因如图3中可以看出，输出电流峰值在520A，整个启动过程非常缓慢，电机在2.33s时转速达到1276rmp后上升极为缓慢，频率给定在1.5s达到额定，若MMC变频器应用在低速大转矩启动，尤其在低频5〜IOHz启动，以及低速大负载运行，会存在很大弊端。发明内容[0004]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种电机在MMC变频器下结合VF以及闭环控制以使得输出的电流、电压稳定并且拖动大容量负载时也能快速启动的启动方法。[0005]本发明采用的技术方案是：[0006]—种闭环及VF控制的电机在MMC变频器下的启动方法，包括以下步骤：[0007]SI、给定频率f，将给定频率f按照VF控制曲线计算输出电压V，根据给定频率f以及输出电压V通过磁链计算得出给定的励磁电流i_flux_ref;[0008]S2、检测供应电机运作的三相的输出电流ia、ib、ic，根据三相的输出电流ia、ib、ic换算出实际励磁电流的电流反馈量i_fIuX;[0009]S3、对实际的励磁电流进行闭环控制，根据励磁电流;[_€lux_ref对电流反馈量i_flux进行PI调节，使得电流反馈量i_flux收敛于励磁电流;[_;^1^_^€后结合输出电压V得到输出到MMC控制模块中的输出电压控制信号va*、vb*、vc*;[0010]S4、经过丽C桥臂计算模块处理得出输出到丽C控制模块中高频共模电压va_H*、乂13_淋、¥3_!1*以及环流电流和能量控制信号13_3；!_1'_淋、;!_13_3；!_1'_淋、;!_3_3；!_1'_!1*;[0011]S5、MMC控制模块将输出电压控制信号、高频共模电压以及环流电流和能量控制信号结合生成三相上、下桥臂控制信号ua_up、ua_down、ub_up、ub_down、uc—up、uc_down〇[0012]在步骤S2中，根据给定频率f基于控制时序计算实时的电角度angle，将三相的输出电流ia、ib、ic依照电角度angle通过32坐标变换进行解親得到电流反馈量i_flux。[0013]在步骤S3中，电流反馈量i_flux经过PI调节后依照电角度angle结合输出电压V通过23坐标变换得到输出到MMC控制模块中的输出电压控制信号va*、vb*、vc*。[0014]本发明的有益效果：[00Ί5]本发明启动方法，基于VF控制曲线由给定频率f得出输出电压V，并且通过磁链计算得出给定的励磁电流：1_；^lux_ref，检测实际的输出电流，根据此处基于VF控制得出的给定的励磁电流i_flux_ref对输出电流形成闭环控制，使得输出电流不断趋近于给定的励磁电流i_fluX_ref，再由反馈调节后的输出电流结合输出电压V得到输出电压控制信号，同时，经过MMC桥臂计算模块处理得出高频共模电压以及环流电流和能量控制信号，并且相应输出到MMC控制模块中控制电机启动，从而使电机取得相应的启动效果前提下，输出电流较小并且稳定，MMC模块内的单元直压波动较小，即使在低频下启动，也能使得单元直压波动也较低，电机拖动在中大容量负载进行启动时，能提高变频器输出转矩，快速完成启动。附图说明[0016]下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。[0017]图1是本发明启动方法的原理流程图。[0018]图2是本发明MMC变频器的结构原理图。[0019]图3是传统采用VF控制启动的仿真波形图。[0020]图4是本发明常态频率状态下启动的仿真波形图。[0021]图5是本发明低频状态下启动的仿真波形图。具体实施方式[0022]如图1、图2所示，本发明的启动方法，可应用在采用MMC变频器控制的异步电机上，包括以下步骤：[0023]Sl、给定频率f，将给定频率f按照VF控制曲线计算输出电压V，根据给定频率f以及输出电压V通过磁链计算得出给定的励磁电流i_flux_ref;[0024]S2、检测供应电机运作的三相的输出电流ia、ib、ic，根据三相的输出电流ia、ib、ic换算出实际励磁电流的电流反馈量i_fIuX;[0025]S3、对实际的励磁电流进行闭环控制，根据励磁电流i_fIux_ref对电流反馈量i_flux进行PI调节，使得电流反馈量i_flux收敛于励磁电流;[_;^1^_^€后结合输出电压V得到输出到MMC控制模块中的输出电压控制信号va*、vb*、vc*;[0026]S4、经过丽C桥臂计算模块处理得出输出到丽C控制模块中高频共模电压va_H*、vb_H*、Vc_H*以及环流电流和能量控制信号ia_cir_H*、ib_cir_H*、ic_cir_H*;[0027]S5、丽C控制模块将输出电压控制信号、高频共模电压以及环流电流和能量控制信号结合生成三相上、下桥臂控制信号ua_up、ua_down、ub_up、ub_down、uc—up、uc_down〇[0028]在步骤SI中，先给定频率f，VF控制曲线是已经设定的，将给定频率f代入VF曲线即可获取V，根据磁链计算[0029][0030]得出励磁电流i_flux_ref。[0031]在步骤S2中，根据给定频率f基于控制时序计算实时的电角度angle，将三相的输出电流ia、ib、ic依照电角度angle通过32坐标变换进行解親得到电流反馈量i_flux。此处电角度angle通过电角度计算[0032][0033]得出，此处f_swithc为异步电机实际启动时的控制时序。[0034]而电流反馈量则先将三相的输出电流ia、ib、ic依照电角度angIe通过32坐标变换进行解耦得到输出电流的id和iq直流分量，而此处iq为异步电机的实际励磁电流，因此本设计对iq进行闭环控制，异步电机的实际励磁电流的电流反馈量i_fIuxS卩为iq分量，[0035][0036]在步骤S3中，将电流反馈量与给定的励磁电流形成闭环控制，电流反馈量i_fIux经过PI调节后依照电角度angle结合输出电压V通过23坐标变换得到输出到MMC控制模块中的输出电压控制信号va*、vb*、vc*。[0037][0038][0039][0040]此处的q为电流反馈量i_flux经过PI调节后的输出量。[0041]如图2所示，丽C变频器由若干个MMC单元构成MMC桥型拓扑结构，而在步骤S4中，通过MMC桥臂计算模块计算出高频共模电压va_H*、vb_H*、vc_H*以及环流电流和能量控制信号ia_cir_H*、ib_cir_H*、ic_cir_H*，并且通过丽C控制模块进行整合以实现丽C变频器上下桥臂直压控制、能量控制以及单元均压控制，确保MMC桥臂能够正常工作。[0042]此处，MMC桥臂计算模块中的计算方式为：[0043][0044][0045]其中，z为a或b或c，coh为注入高频的频率，m为MMC调制比，Ud为总直压）[0046]在步骤S5中，MMC控制模块对输出电压控制信号、高频共模电压以及环流电流和能量控制信号进行整合，然后生成SVP丽信号传到丽C变频器中进行控制，进而MMC变频器根据SVPffM信号控制异步电机启动。[0047]本设计基于VF控制曲线由给定频率f得出输出电压V，并且通过磁链计算得出给定的励磁电流i_flux_ref，检测实际的输出电流，根据此处基于VF控制得出的给定的励磁电流i_flux_ref对输出电流形成闭环控制，使得输出电流不断趋近于给定的励磁电流;[_flUX_ref，再由反馈调节后的输出电流结合输出电压V得到输出电压控制信号，同时，经过MMC桥臂计算模块处理得出高频共模电压以及环流电流和能量控制信号，并且相应输出到MMC控制模块中控制电机启动，从而使电机取得相应的启动效果前提下，输出电流较小并且稳定，MMC模块内的单元直压波动较小，即使在低频下启动，也能使得单元直压波动也较低，电机拖动在中大容量负载进行启动时，能提高变频器输出转矩，快速完成启动。[0048]此处具体启动效果如图3、图4、图5的仿真波形图所示，图3为传统异步电机在MMC变频器控制下只采用VF控制，其中，此处异步电机采用0.2pu固定负载加0.9pu抛物线负载来模拟风机水栗的重载启动（Ipu的负载为12000牛米），整个启动过程非常缓慢，电机在2.33s时转速达到1276rmp后上升极为缓慢，频率给定在1.5s达到额定，输出电流峰值为520A〇[0049]而应用了本设计的启动方法，同样采用相同的负载，在MMC变频器控制下采用VF控制以及闭环控制，常规的频率状态下，其中，对直流分量iq进行闭环控制，使其与给定的励磁电收敛，异步电机励磁电流得到充分利用。异步电机开始运转到达到稳态1328rmp时间段为0.42s—1.89s，频率给定在1.5s达到额定，输出电流峰值为490A，MMC单元直压波动的幅值在250v左右，单元直压波动会对MMC模块电容冲击，但是也基本符合电机启动要求。[0050]而图5中采用相同的负载，在丽C变频器控制下采用VF控制以及闭环控制，在低频状态下，启动阶段，若电机的励磁电流达到额定并稳定，则电机实时转矩只与输出电压V的幅值和输出电流的增量Ai有关，在低频（IOHz以下阶段，由于电压V的幅值较小，此时转矩偏小。因而电机励磁电流稳定后，直接从低频5〜IOHz启动，启动时刻的与OHz启动时达到此频率的启动转矩基本一致，解决了电机在低频段启动时遇到的弊端，电机在1.89s达到稳态1328rmp，输出电流峰值为490A，但低频段直压波动幅值大大缩小，大概在80v左右，具有车父好的启动效果。[0051]以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种闭环及VF控制的电机在MMC变频器下的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：51、给定频率f，将给定频率f按照VF控制曲线计算输出电压V，根据给定频率f以及输出电压V通过磁链计算得出给定的励磁电流i_flux_ref;52、检测供应电机运作的三相的输出电流丨8、丨13、化，根据三相的输出电流丨、丨13、化换算出实际励磁电流的电流反馈量:LfIux;53、对实际的励磁电流进行闭环控制，根据励磁电流;[_€lux_ref对电流反馈量i_flux进行PI调节，使得电流反馈量i_flux收敛于励磁电流;1_;^1^_^€后结合输出电压V得到输出到MMC控制模块中的输出电压控制信号va*、vb*、vc*;54、经过匪C桥臂计算模块处理得出输出到MMC控制模块中高频共模电压va_H*、vb_H*、Vc_H*以及环流电流和能量控制信号ia_cir_H*、ib_cir_H*、ic_cir_H*;55、MMC控制模块将输出电压控制信号、高频共模电压以及环流电流和能量控制信号结合生成三相上、下桥臂控制信号ua_up、ua_down、ub_up、ub_down、uc—up、uc_down〇2.根据权利要求I所述的一种闭环及VF控制的电机在MMC变频器下的启动方法，其特征在于:在步骤S2中，根据给定频率f基于控制时序计算实时的电角度angle，将三相的输出电流ia、ib、ic依照电角度angle通过32坐标变换进行解親得到电流反馈量i_flux。3.根据权利要求2所述的一种闭环及VF控制的电机在MMC变频器下的启动方法，其特征在于:在步骤S3中，电流反馈量i_fIux经过PI调节后依照电角度angle结合输出电压V通过23坐标变换得到输出到MMC控制模块中的输出电压控制信号va*、vb*、vc*。

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