三相逆变器带异步电机端子含残压的带速重投系统方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种三相逆变器带异步电机端子含残压的带速重投系统方法。

背景技术

三相逆变器带异步电机高速运行时，当逆变器故障停机，为了保证异步电机的工作不影响整个系统，需要立马重启逆变器，此时电机仍然在高速旋转，三相逆变器需要在电机带速状态下重新投入，由于从系统故障到重新投入的时间较短，此时电机的端子上仍然有残压存在，而且随着电机功率的增大，残压存留的时间会越长，因此，在毫秒级的数量级上，逆变器在电机带速下重投，只要能够检测到电机的端电压和电机转速即可。

发明内容

有鉴于此，针对异步电机运行中逆变器故障停机，且电机端含残压的情况，本发明提供了一种三相逆变器带异步电机端子含残压的带速重投系统方法，快速完成逆变器故障情况下，电机转速、电压幅值、频率和相位的估算，保证三相逆变器在带速下稳定快速平稳的重投。

本发明提供的系统包括：直流电源、三相逆变桥、三相异步电机、电机负载和LC滤波电路；

LC滤波电路；所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C；

所述直流电源与所述三相逆变桥的输入端电气连接；所述三相逆变桥的输出端与所述LC滤波电路的输入端电气连接；所述LC滤波电路的输出端与所述三相异步电机电气连接；所述三相异步电机与电机负载通过联轴器连接；所述三相逆变桥集成控制装置以DSP芯片做数字控制；

所述控制装置基于PI调节器快速估算三相异步电机端定子残压的幅值、定子残压的相位和定子残压的频率后，再通过电压、电流双闭环结构完成电机快速重投。

一种三相逆变器带异步电机端子含残压的带速重投方法，具体通过控制装置实现；所述控制装置的控制原理为：

电压闭环的输入端获取三相异步电机的反馈电压信号V

反馈电压信号V

电流闭环的输入端获取三相异步电机的反馈电流信号I

反馈电流信号I

控制信号u

u

进一步地，所述给定电压信号V

所述反馈电压信号V

进一步地，所述反馈电流信号I

电流反馈信号i

所述反馈电压信号V

式(1)中，u

V

式(2)中，L

本发明提供的有益效果是：实现了三相逆变器故障停机时，电机端有残压存在情况下的快速带速重投。

附图说明

图1是本发明一种三相逆变器带异步电机端子含残压的带速重投系统的结构图；

图2是本发明三相逆变器带电机的控制框图；

图3是本发明基于PI调节器的估算原理框图；

图4是本发明实施例中基于PI调节的定子电压幅值、相位和频率的实施框图；

图5是逆变器停机再重投的电机转速仿真波形图；

图6是逆变器停机再重投的电机转速仿真波形局部放大图；

图7是逆变器停机再重投的电机电流仿真波形图；

图8是逆变器停机再重投的电机电流仿真波形局部放大图；

图9是逆变器停机再重投的输出电压仿真波形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，一种三相逆变器带异步电机端子含残压的带速重投系统，包括以下：

直流电源、三相逆变桥、三相异步电机、电机负载和LC滤波电路；

LC滤波电路；所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C；

所述直流电源与所述三相逆变桥的输入端电气连接；所述三相逆变桥的输出端与所述LC滤波电路的输入端电气连接；所述LC滤波电路的输出端与所述三相异步电机电气连接；所述三相异步电机与电机负载通过联轴器连接；所述三相逆变桥集成控制装置以DSP芯片做数字控制；

所述控制装置基于PI调节器快速估算三相异步电机端定子残压的幅值、定子残压的相位和定子残压的频率后，再通过电压、电流双闭环结构完成电机快速重投。

请参考图2，图2是本发明三相逆变器带异步电机的控制框图。

电压闭环的输入端获取三相异步电机的反馈电压信号V

反馈电压信号V

电流闭环的输入端获取三相异步电机的反馈电流信号I

反馈电流信号I

控制信号u

u

所述给定电压信号V

所述反馈电压信号V

所述反馈电流信号I

电流反馈信号i

当三相逆变器突然停止输出之后，此时异步电机的定子电流变为零，电机转子回路会感应出相应的磁场应对磁场变化，转子回路的电流产生的磁场，减缓定子电流消失引起的磁通变化。

电机转子产生磁场并且转子在旋转，这就导致定子绕组中感生出电动势，也即是逆变器停止输出瞬时异步电机的定子残压。

异步电机端电压随着时间的推移在递减，幅值、频率和相位都是时变的，端电压残压的数学表达式为：

上式中，u

将电机定子残压经过CLARK变换转换到两相静止坐标系αβ坐标系下：

由电机定子残压表达式可知，逆变器停止输出后电机定子残压的幅值由

逆变器要在电机定子残压存在时实现带速重投，必须要保证逆变器启动时的输出电压的幅值、频率和相位与电机定子残压的幅值、频率和相位很接近，否则会导致逆变器的启动电流太大或者电机抖动等问题而导致逆变器重投失败。

这里，本发明利用控制装置的基于PI调节器快速估算三相异步电机端定子残压的幅值、定子残压的相位和定子残压的频率。

电机定子残压幅值为V

电机定子残压的电压相位为θ

其中，θ

电机定子残压表达式可以简化为：

请参考图3，图3是本发明基于PI调节器的估算原理框图；

PI调节器的输入量θ

将u

在相位估算偏差很小时，令sinθ

将图3的估算原理框图应用在具体的实施例中，即请参考图4；图4是本发明实施例中基于PI调节的定子电压幅值、相位和频率的实际控制框图；

在电机运行过程中，当逆变器故障停机之后，需要再较短时间内实现逆变器快速重投，由于电机端电压在逆变器停止输出后的较短时间内仍然有残压，因此可以通过基于PI调节器的估算方法快速辨识出电机定子残压的电压幅值、频率和相位，并控制逆变器重投时的电压幅值、频率和相位与辨识到的电机定子残压的幅值V

本发明提供一种实施例如下：

请参考图5-图9，图5是逆变器停机再重投的电机转速仿真波形图；图6是逆变器停机再重投的电机转速仿真波形局部放大图；图7是逆变器停机再重投的电机电流仿真波形图；图8是逆变器停机再重投的电机电流仿真波形局部放大图；图9是逆变器停机再重投的输出电压仿真波形图，可以看出逆变器停机再重投的过程较为平稳。

本实施例中，三相异步电机参数为：额定功率10kW，额定电压380V，额定电流15A，额定频率100Hz，额定转速2920rpm，电机极对数2，电机定子电阻R

0.7s的时刻加了10Nm的负载，在0.9s时，停止发送PWM波，此时逆变器停止输出，0.905s时，逆变器重启，此时电机转速为1370rpm，电机端子上线电压残压幅值约为180V，逆变器在三相异步电机端子含残压的情况下带速重投。

本发明的有益效果是：实现了三相逆变器故障停机时，电机端有残压存在情况下的快速带速重投。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。