功率變換控制方法及裝置與流程

本發(fā)明涉及變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種功率變換控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

壓縮機(jī)是一種將低壓氣體提升為高壓氣體的從動(dòng)的流體機(jī)械，而壓縮機(jī)工作需要電機(jī)的帶動(dòng)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，電機(jī)吸收的功率為恒定功率，交流電壓峰值處的功率和交流電壓過(guò)零點(diǎn)附近功率無(wú)差異，而在過(guò)零點(diǎn)附近因?yàn)榻涣麟妷罕容^低，故過(guò)零點(diǎn)赴京電流會(huì)比較大，從而導(dǎo)致交流輸入電流不是正弦波形，功率因數(shù)較低，諧波電流比較大，致使壓縮機(jī)電機(jī)的工作效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種功率變換控制方法及裝置，以減小諧波電流，提高功率因數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率變換控制方法，所述功率變換控制方法包括：

接收輸入的電源電壓、母線電壓、輸入至電機(jī)的相電流；

依據(jù)所述電源電壓、所述相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算q軸電壓指令值；

依據(jù)所述母線電壓、所述相電流計(jì)算d軸電壓指令值；

依據(jù)所述q軸電壓指令值及所述d軸電壓指令值生成脈寬調(diào)制信號(hào)。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種功率變換控制裝置，所述功率變換控制裝置包括：

參數(shù)接收單元，用于接收輸入的電源電壓、母線電壓、輸入至電機(jī)的相電流；

計(jì)算單元，用于依據(jù)所述電源電壓、所述相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算q軸電壓指令值；

所述計(jì)算還用于依據(jù)所述母線電壓、所述相電流計(jì)算d軸電壓指令值；

脈寬調(diào)制信號(hào)生成單元，用于依據(jù)所述q軸電壓指令值及所述d軸電壓指令值生成脈寬調(diào)制信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的功率變換控制方法及裝置，依據(jù)輸入的電源電壓、母線電壓、輸入至電機(jī)的相電流以及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算出q軸電壓指令值及d軸電壓指令值后，再依據(jù)q軸電壓指令值及d軸電壓指令值生成脈寬調(diào)制信號(hào)，以便在交流電壓峰值處，控制電機(jī)輸出較大的功率，而在交流電壓過(guò)零點(diǎn)附近，控制電機(jī)輸出較小功率，從而使得輸入電流波形在交流電壓過(guò)零點(diǎn)附近較小，減小了電流諧波，增大了功率因數(shù)，也使得電機(jī)的工作效率得以增強(qiáng)。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了可應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的功率變換控制方法及裝置的電路圖。

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率變換控制方法的流程圖。

圖3示出了圖2中步驟s102的子步驟流程圖。

圖4示出了圖3中步驟s1021的子步驟流程圖。

圖5示出了圖2中步驟s103的子步驟流程圖。

圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的功率變換控制裝置的功能模塊框圖。

圖標(biāo)：100-功率變換控制裝置；110-參數(shù)接收單元；120-計(jì)算單元；130-脈寬調(diào)制信號(hào)生成單元。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

第一實(shí)施例

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率變換控制方法，于控制驅(qū)動(dòng)電路以帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)依據(jù)交流電壓的變化控制電機(jī)輸出功率的大小。請(qǐng)參閱圖1，示出了可應(yīng)用功率變換控制方法及裝置的電路圖?？梢岳斫獾?，控制模塊包含本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率變換控制裝置100。

請(qǐng)參閱圖2，示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率變換控制方法的流程圖。該功率變換控制方法包括以下步驟：

步驟s101：接收輸入的電源電壓、母線電壓、輸入至電機(jī)的相電流。

首先接收輸入的計(jì)算q軸電壓指令值以及d軸電壓指令值所需的參數(shù)。此外，需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，輸入至電機(jī)的相電流包括u相電流iu以及v相電流iv。

步驟s102：依據(jù)電源電壓、相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算q軸電壓指令值。

請(qǐng)參閱圖3，示出了步驟s102的子步驟流程圖。該步驟s102包括以下步驟：

子步驟s1021：依據(jù)電源電壓、相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算q軸電流參考值。

請(qǐng)參閱圖4，示出了子步驟s1021的子步驟流程圖。該子步驟s1021包括以下步驟：

子步驟s10211：依據(jù)電源電壓、相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算功率參考值。

具體地，在計(jì)算功率參考值前，需要先對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值和平均功率參考值進(jìn)行計(jì)算。

首先，依據(jù)相電流計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，其過(guò)程如下：

首先通過(guò)u相電流iu以及v相電流iv計(jì)算w相電流iw：

iw＝-iu-iv

接著通過(guò)u相電流iu、v相電流iv以及w相電流iw計(jì)算α軸電流及β軸電流，公式如下所示：

iα＝iu

則q軸電流的計(jì)算公式為：

iq＝iβcosθ-iαsinθ

d軸電流的計(jì)算公式為：

id＝iαcosθ+iβsinθ

其中，θ為電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度，可通過(guò)傳統(tǒng)的位置估算算法得出，其計(jì)算過(guò)程如下：

首先依據(jù)下述公式計(jì)算反電動(dòng)勢(shì)的d軸分量和q軸分量：

其中，估算角度與實(shí)際角度的誤差

則電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度由以下算式計(jì)算：

θ(n)＝θ(n-1)+δθ

則，電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值ωr為：

接著，依據(jù)預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值及電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值計(jì)算平均功率參考值pavr_ref，其計(jì)算公式如下：

pavr_ref＝kp2*(ωr_ref-ωr)+ki2*∫(ωr_ref-ωr)dt

其中，pavr_ref為平均功率參考值，ωr_ref為電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值，ωr為電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，kp2為預(yù)設(shè)定的第二比例系數(shù)，ki2為預(yù)設(shè)定的第二積分系數(shù)。

則功率參考值可通過(guò)以下算式進(jìn)行計(jì)算：

pref＝pavr_ref*uac*uac

其中，uac為電源電壓。

子步驟s10212：通過(guò)算式計(jì)算q軸電流參考值，其中，iq_ref為q軸電流參考值，pref為功率參考值，ud為d軸當(dāng)前電壓，uq為q軸當(dāng)前電壓，id為d軸電流。

子步驟s1022：通過(guò)算式uq＝kp1*(iq_ref-iq)+ki1*∫(iq_ref-iq)dt計(jì)算q軸電壓指令值，其中，uq為q軸電壓指令值，iq_ref為q軸電流參考值，iq為q軸電流，kp1為預(yù)設(shè)定的第一比例系數(shù)，ki1為預(yù)設(shè)定的第一積分系數(shù)。

步驟s103：依據(jù)母線電壓、相電流計(jì)算d軸電壓指令值。

請(qǐng)參閱圖5，示出了步驟s103的子步驟流程圖。該步驟s103包括以下步驟：

子步驟s1031：依據(jù)母線電壓、相電流計(jì)算d軸電流參考值。

具體地，可通過(guò)以下算式對(duì)d軸電流參考值id_ref進(jìn)行計(jì)算：

其中，η為預(yù)設(shè)定的電壓利用率，udc為母線電壓，iq為預(yù)設(shè)定的q軸電流給定量，ωr為電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，ψ為電機(jī)的轉(zhuǎn)子永磁磁鏈，ld為d軸電感。

子步驟s1032：通過(guò)算式ud＝kp3*(id_ref-id)+ki3*∫(id_ref-id)dt計(jì)算d軸電壓指令值，其中，ud為d軸電壓指令值，id_ref為d軸電流參考值，id為d軸電流，kp3為預(yù)設(shè)定的第三比例系數(shù)，ki3為預(yù)設(shè)定的第三積分系數(shù)。

步驟s104：依據(jù)q軸電壓指令值及d軸電壓指令值生成脈寬調(diào)制信號(hào)。

其中，脈寬調(diào)制信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)一逆變模塊包含的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而使得逆變模塊輸出d軸電壓指令值及q軸電壓指令值。

具體地，脈寬調(diào)制信號(hào)包含電機(jī)的三相上橋?qū)ㄕ伎毡刃畔?，逆變模塊依據(jù)占空比信息導(dǎo)通或關(guān)斷?？梢岳斫獾?，可通過(guò)以下算式對(duì)占空比信息進(jìn)行計(jì)算：

首先，依據(jù)d軸電壓指令值及q軸電壓指令值計(jì)算電機(jī)的三相輸出脈寬。

uα＝udcosθ-uqsinθ

uβ＝udsinθ+uqcosθ

uu＝uα

依據(jù)三相輸出脈寬計(jì)算電機(jī)的三相上橋?qū)ㄕ伎毡取?/p>

需要說(shuō)明的是，若令交流電源輸入功率為pac，電容吸收的功率為pc，電機(jī)功率為pm，則：

pac＝pc+pm

但由于電容器的電容較小，因而其吸收的功率可以忽略不計(jì)，則有：

pac≈pm

又由于q軸電流參考值的表達(dá)式為：

因而電機(jī)功率為：pm＝pavr_ref*uac*uac，此時(shí)交流電源輸入功率為pavr_ref*uac*uac。

又有，交流電源輸入功率的表達(dá)式為：pac＝uac*iac

則：

可以理解地，當(dāng)pavr_ref變化緩慢，可近似為直流電時(shí)，按照本發(fā)明提供的功率變換控制方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，可使得交流輸入電流波形與交流電壓波形一致，從而保證交流輸入諧波電流小，功率因數(shù)高，解決傳統(tǒng)方案的不足之處。

第二實(shí)施例

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種功率變換控制裝置100，用于依據(jù)交流電壓的變化控制電機(jī)輸出功率的大小。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例所提供的功率變換控制裝置100，其基本原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和上述實(shí)施例相同，為簡(jiǎn)要描述，本實(shí)施例部分未提及之處，可參考上述的實(shí)施例中相應(yīng)內(nèi)容。

請(qǐng)參閱圖6，示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的功率變換控制裝置100的功能模塊框圖。該功率變換控制裝置100包括參數(shù)接收單元110、計(jì)算單元120以及脈寬調(diào)制信號(hào)生成單元130。

參數(shù)接收單元110用于接收輸入的電源電壓、母線電壓、輸入至電機(jī)的相電流。

可以理解地，輸入至電機(jī)的相電流包括u相電流iu以及v相電流iv。

計(jì)算單元120用于依據(jù)電源電壓、相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算q軸電壓指令值。

具體地，計(jì)算單元120依據(jù)電源電壓、相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算q軸電壓指令值的過(guò)程如下：

首先，依據(jù)相電流計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，其過(guò)程如下：

通過(guò)u相電流iu以及v相電流iv計(jì)算w相電流iw：

iw＝-iu-iv

并通過(guò)u相電流iu、v相電流iv以及w相電流iw計(jì)算α軸電流及β軸電流，公式如下所示：

iα＝iu

則q軸電流的計(jì)算公式為：

iq＝iβcosθ-iαsinθ

d軸電流的計(jì)算公式為：

id＝iαcosθ+iβsinθ

其中，θ為電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度，可通過(guò)傳統(tǒng)的位置估算算法得出，其計(jì)算過(guò)程如下：

首先依據(jù)下述公式計(jì)算反電動(dòng)勢(shì)的d軸分量和q軸分量：

其中，估算角度與實(shí)際角度的誤差

則電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度由以下算式計(jì)算：

θ(n)＝θ(n-1)+δθ

則，電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值ωr為：

其次，依據(jù)預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值及電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值計(jì)算平均功率參考值pavr_ref，其計(jì)算公式如下：

pavr_ref＝kp2*(ωr_ref-ωr)+ki2*∫(ωr_ref-ωr)dt

其中，pavr_ref為平均功率參考值，ωr_ref為電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值，ωr為電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，kp2為預(yù)設(shè)定的第二比例系數(shù)，ki2為預(yù)設(shè)定的第二積分系數(shù)。

然后，通過(guò)算式計(jì)算q軸電流參考值，其中，iq_ref為q軸電流參考值，pref為功率參考值，ud為d軸當(dāng)前電壓，uq為q軸當(dāng)前電壓，id為d軸電流。

最后，通過(guò)算式uq＝kp1*(iq_ref-iq)+ki1*∫(iq_ref-iq)dt計(jì)算q軸電壓指令值，其中，uq為q軸電壓指令值，iq_ref為q軸電流參考值，iq為q軸電流，kp1為預(yù)設(shè)定的第一比例系數(shù)，ki1為預(yù)設(shè)定的第一積分系數(shù)。

可以理解地，通過(guò)計(jì)算單元120可以執(zhí)行步驟s102、子步驟s1022、子步驟s1021、子步驟s10211以及子步驟s10212。

計(jì)算單元120還用于依據(jù)母線電壓、相電流計(jì)算d軸電流參考值。

首先，計(jì)算單元120依據(jù)母線電壓、相電流計(jì)算d軸電流參考值。

具體地，可通過(guò)以下算式對(duì)d軸電流參考值id_ref進(jìn)行計(jì)算：

其中，η為預(yù)設(shè)定的電壓利用率，udc為母線電壓，iq為預(yù)設(shè)定的q軸電流給定量，ωr為電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，ψ為電機(jī)的轉(zhuǎn)子永磁磁鏈，ld為d軸電感。

接著，通過(guò)算式ud＝kp3*(id_ref-id)+ki3*∫(id_ref-id)dt計(jì)算d軸電壓指令值，其中，ud為d軸電壓指令值，id_ref為d軸電流參考值，id為d軸電流，kp3為預(yù)設(shè)定的第三比例系數(shù)，ki3為預(yù)設(shè)定的第三積分系數(shù)。

可以理解地，通過(guò)計(jì)算單元120還可以執(zhí)行步驟s103、子步驟s1031以及子步驟s1032。

脈寬調(diào)制信號(hào)生成單元130用于依據(jù)q軸電壓指令值及d軸電壓指令值生成脈寬調(diào)制信號(hào)。

可以理解地，通過(guò)脈寬調(diào)制信號(hào)生成單元130可以執(zhí)行步驟s104。

綜上所述，本發(fā)明提供的功率變換控制方法及裝置，依據(jù)輸入的電源電壓、母線電壓、輸入至電機(jī)的相電流以及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計(jì)算出q軸電壓指令值及d軸電壓指令值后，再依據(jù)q軸電壓指令值及d軸電壓指令值生成脈寬調(diào)制信號(hào)，以便在交流電壓峰值處，控制電機(jī)輸出較大的功率，而在交流電壓過(guò)零點(diǎn)附近，控制電機(jī)輸出較小功率，從而使得輸入電流波形在交流電壓過(guò)零點(diǎn)附近較小，減小了電流諧波，增大了功率因數(shù)，也使得電機(jī)的工作效率得以增強(qiáng)。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。