一種單相到三相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高輸入功率因數(shù)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種直流母線無(wú)電解電容單相到=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高輸入功 率因數(shù)控制方法，屬于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 單相二極管整流供電的=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用大容量電解電容來(lái)平衡 瞬時(shí)輸入功率和輸出功率。然而，大容量電解電容的存在不僅會(huì)影響驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠 性，也會(huì)降低輸入功率因數(shù)。傳統(tǒng)的方法是采用無(wú)源功率因數(shù)矯正電路或有源功率因數(shù)矯 正電路，然而運(yùn)些方法需要額外的器件，運(yùn)不僅降低了系統(tǒng)的效率，也增大了系統(tǒng)的成本和 體積。
[0003] 針對(duì)大容量電解電容對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不利影響，研究者提出采用體積小、成本 低和長(zhǎng)壽命的小容量薄膜電容替代電解電容的單相二極管整流器供電=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)。由于薄膜電容不具有穩(wěn)壓作用，因而，直流母線電壓隨著負(fù)載的變化而變化。當(dāng)電機(jī) 工作于重載工況時(shí)，較大變化范圍的直流母線電壓可W增加整流二極管的導(dǎo)通角，從而使 系統(tǒng)獲得較高的輸入功率因數(shù)。然而，當(dāng)電機(jī)工作于輕載工況時(shí)，直流母線電壓的變化范圍 較小，運(yùn)使得系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)較低。為了使系統(tǒng)在輕載和重載工況下都能夠獲得較高 的功率因數(shù)，需要利用=相逆變器的功率管對(duì)輸入電流進(jìn)行控制。目前，高輸入功率因數(shù)控 制方法主要有逆變器輸入電流反饋控制和逆變器輸出功率反饋控制兩種。逆變器輸入電流 反饋控制可使系統(tǒng)在輕載和重載工況下實(shí)現(xiàn)高輸入功率因數(shù)運(yùn)行，但由于需要采用相位補(bǔ) 償?shù)姆椒ㄑa(bǔ)償因低通濾波器而造成的相位延遲的逆變器輸入電流，因而增加了系統(tǒng)控制的 復(fù)雜性。逆變器輸出功率反饋控制無(wú)需采用低通濾波器，因而可W避免相移對(duì)輸入功率因 數(shù)的影響。但變化范圍較大的直流母線電壓影響了交直流參考電流和電流調(diào)節(jié)器的輸出偏 差信號(hào)，因而逆變器輸出功率無(wú)法進(jìn)行精確的計(jì)算。同時(shí)需要增加直流母線電壓和電流的 檢測(cè)電路，增加了系統(tǒng)的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種單相到=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高輸入 功率因數(shù)控制方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高輸入功率因數(shù)運(yùn)行。
[0005] 技術(shù)方案:一種單相到=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高輸入功率因數(shù)控制方法，包括 W下步驟：
[0006] (1)，檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角0，并根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角計(jì)算電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速CO;然 后將電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《和給定轉(zhuǎn)速《 較后得到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，該轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)速度 調(diào)節(jié)器得到的信號(hào)作為輸入功率參考的幅值Pin_a"p ;
[0007] (2)，檢測(cè)單相二極管整流器的交流輸入電壓，并用相角a補(bǔ)償因交流輸入線電阻R 和線電感L引起的交流輸入電壓信號(hào)延遲，將相位補(bǔ)償后的電壓信號(hào)的平方作為輸入功率 參考的脈動(dòng)分量Pin;然后將輸入功率參考的脈動(dòng)分量Pin輸入到低功率限制單元，當(dāng)輸入功 率脈動(dòng)分量Pin小于預(yù)設(shè)功率Pset時(shí)，低功率限制單元無(wú)輸出信號(hào)，否則輸出Pin;再將低功率 限制單元輸出信號(hào)與步驟(1)所得的輸入功率參考的幅值Pin_a"p相乘得到輸入功率參考巧:； [000引（3)，將輸入功率參考療、直流母線電壓VdcW及逆變器輸出線電壓Vs作為交直軸電 流參考發(fā)生器的輸入，直流母線電壓Vdc與逆變器輸出線電壓Vs的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后得到調(diào) 整角目；當(dāng)調(diào)整角0含0時(shí)，得到中間變量Z二貨，當(dāng)調(diào)整角0<0時(shí)，得到中間變量Z =語(yǔ)如S:腳； 對(duì)信號(hào)巧：sin(0)進(jìn)行限幅處理并作為直軸參考電流:島，并得到交軸參考電流/;的模等于 與L -短)2，當(dāng)中間變量。0時(shí)，得到交軸參考電流（=如嶋-衍，當(dāng)中間變量i<0時(shí)， 得到交軸參考電流= (0';其中，逆變器輸出線電壓K二V成2+3咕，記、 分別為兩相靜止坐標(biāo)系下a軸電壓和e軸電壓，ismax為電機(jī)最大定子電流；
[0009] (4)，采集S相逆變器輸出相電流ia和ib，經(jīng)Clark和化rk變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 下的直軸電流id和交軸電流iq，分別和步驟(3)得到的直軸參考電流C和交軸參考電流弓比 較后，再經(jīng)電流調(diào)節(jié)器得到直軸電壓Ud和交軸電壓Uq;
[0010] (5)，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電壓Ud和交軸電壓Uq中的交直軸電流^和<進(jìn)行 解禪，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電壓苗和交軸電壓分別為：+<'苗.< =?,-巧.心';+，//); 其中，《 e、Ld、1。和4分別為電機(jī)的電角速度、直軸電感、交軸電感和永磁磁鏈；
[0011] (6)，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電壓和交軸電壓經(jīng)化rk逆變換得到兩相靜 止坐標(biāo)系下a軸電壓為和0軸電壓^，將a軸電壓苗和0軸電壓"^及直流母線電壓Vdc輸入到 空間矢量脈沖寬度調(diào)制單元，運(yùn)算輸出的六路脈沖調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)=相逆變器的功率管。
[0012] 進(jìn)一步的，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器或滑膜調(diào)節(jié)器或 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)器。
[0013] 有益效果:針對(duì)現(xiàn)有直流母線無(wú)電解電容單相二極管整流供電=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的高輸入功率因數(shù)控制方法的不足，本發(fā)明的一種單相到=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高 輸入功率因數(shù)控制方法具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1.相比于逆變器輸入電流反饋控制和逆變器輸出功率反饋控制方法，該控制方法 僅需要檢測(cè)交流輸入電壓信號(hào)、直流母線電壓信號(hào)和逆變器輸出相電流信號(hào)，降低了系統(tǒng) 的成本；
[0015] 2.直接控制與輸入交流電壓和電流相關(guān)聯(lián)的輸入功率不僅降低了系統(tǒng)控制的復(fù) 雜度，而且也增加了系統(tǒng)控制的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)；
[0016] 3.無(wú)論電機(jī)工作在輕載還是重載工況均可實(shí)現(xiàn)高輸入功率因數(shù)運(yùn)行；
[0017] 4.不采用低通濾波器，無(wú)需補(bǔ)償濾波延遲引起的相位延遲；
[0018] 5.采用低功率限制單元可避免瞬時(shí)低輸入功率對(duì)電機(jī)性能的不利影響。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖I為系統(tǒng)整體控制方法框圖；
[0020] 圖2為交直軸參考電流產(chǎn)生框圖；
[0021] 圖3為電機(jī)工作在輕載時(shí)的直流母線電壓仿真波形；
[0022] 圖4為電機(jī)工作在輕載時(shí)的交直軸電流仿真波形；
[0023] 圖5為電機(jī)工作在輕載時(shí)的輸入電壓和輸入電流仿真波形；
[0024] 圖6為電機(jī)工作在輕載時(shí)各次諧波和IEC61000-3-1規(guī)范比對(duì)圖；
[0025] 圖7為電機(jī)工作在重載時(shí)的直流母線電壓仿真波形；
[0026] 圖8為電機(jī)工作在重載時(shí)的交直軸電流仿真波形；
[0027] 圖9為電機(jī)工作在重載時(shí)的輸入電壓和輸入電流仿真波形；
[002引圖10為電機(jī)工作在重載時(shí)各次諧波和IEC61000-3-1規(guī)范比對(duì)圖；
[0029] 圖11為電機(jī)不同負(fù)載對(duì)應(yīng)功率因數(shù)圖；
[0030] 圖12為本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0032] 如圖1所示，一種單相到=相逆變電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高輸入功率因數(shù)控制方法，包括 W下步驟：
[0033] (1)，利用編碼器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角0，并根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角計(jì)算電機(jī)的實(shí) 際轉(zhuǎn)速《。然后將電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《和給定轉(zhuǎn)速《 較后得到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，該轉(zhuǎn)速偏差 信號(hào)經(jīng)速度調(diào)節(jié)器ASR得到的信號(hào)作為輸入功率參考的幅值Pin_amp。
[0034] (2)，檢測(cè)單相二極管整流器的交流輸入電壓，并用相角a補(bǔ)償因交流輸入線電阻R 和線電感L引起的交流輸入電壓信號(hào)延遲，將相位補(bǔ)償后的電壓信號(hào)的平方作為輸入功率 參考的脈動(dòng)分量Pin。然后將輸入功率參考的脈動(dòng)分量Pin輸入到低功率限制單元，當(dāng)輸入功 率脈動(dòng)分量Pin小于預(yù)設(shè)功率Pset時(shí)，低功率限制單元無(wú)輸出信號(hào)，否則輸出Pin。再將低功率 限制單元輸出信號(hào)與步驟(1)所得的輸入功率參考的幅值Pin_a"p相乘得到輸入功率參考寫(xiě):