CN107147346B - 功率变换控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种功率变换控制装置，涉及变频驱动技术领域。该功率变换控制装置通过q轴电压指令值给定单元及d轴电压指令值给定单元分别依据电路参数接收单元接收的电源电压、母线电压、输入至电机的相电流以及预设定的电机转速参考值计算出q轴电压指令值及d轴电压指令值后，脉宽调制单元再依据q轴电压指令值及d轴电压指令值生成脉宽调制信号，以便在交流电压峰值处，控制电机输出较大的功率，而在交流电压过零点附近，控制电机输出较小功率，从而使得输入电流波形在交流电压过零点附近较小，减小了电流谐波，增大了功率因数，也使得电机的工作效率得以增强。

Description

功率变换控制装置

技术领域

本发明涉及变频驱动技术领域，具体而言，涉及一种功率变换控制装置。

背景技术

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，而压缩机工作需要电机的带动。

在现有技术中，电机吸收的功率为恒定功率，交流电压峰值处的功率和交流电压过零点附近功率无差异，而在过零点附近因为交流电压比较低，故过零点赴京电流会比较大，从而导致交流输入电流不是正弦波形，功率因数较低，谐波电流比较大，致使压缩机电机的工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率变换控制装置，以减小谐波电流，提高功率因数。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种功率变换控制装置，用于控制驱动电路以带动电机运转，所述功率变换控制装置包括：

电路参数接收单元，用于接收一电路参数采集电路发送的电源电压、母线电压、输入至电机的相电流；

q轴电压指令值给定单元，用于依据所述电源电压、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴电压指令值；

d轴电压指令值给定单元，用于依据所述母线电压、所述相电流计算d轴电压指令值；

脉宽调制单元，用于依据所述q轴电压指令值及所述d轴电压指令值生成脉宽调制信号，并依据所述脉宽调制信号控制所述驱动电路驱动所述电机运转。

进一步地，所述q轴电压指令值给定单元包括：平均功率参考值确定子单元，用于依据所述预设定的电机转速参考值及所述相电流计算平均功率参考值；

功率参考值确定子单元，用于依据所述平均功率参考值及所述电源电压计算功率参考值；

q轴电流参考值确定子单元，用于依据所述功率参考值及所述相电流计算q轴电流参考值；

q轴电压指令值确定子单元，用于依据所述q轴电流参考值及所述相电流计算所述q轴电压指令值。

进一步地，所述平均功率参考值确定子单元用于依据所述相电流计算电机转速实际值，并通过算式P_{avr_Ref}＝K_p1*(ω_{r_Ref}-ω_r)+K_i1*∫(ω_{r_Ref}-ω_r)dt计算所述平均功率参考值，其中，P_{avr_Ref}为平均功率参考值，ω_{r_Ref}为电机转速参考值，ω_r为电机转速实际值，K_p1为预设定的第一比例系数，K_i1为预设定的第一积分系数。

进一步地，所述功率参考值确定子单元用于通过将所述平均功率参考值与所述电源电压的平方相乘，从而获得所述功率参考值。

进一步地，所述q轴电流参考值确定子单元用于通过算式计算所述q轴电流参考值，其中，i_{q_Ref}为q轴电流参考值，P_Ref为功率参考值，Ud为d轴当前电压，Uq为q轴当前电压，i_d为d轴电流。

进一步地，所述q轴电压指令值确定子单元用于通过算式u_q＝K_p2*(i_{q_Ref}-i_q)+K_i2*∫(i_{q_Ref}-i_q)dt计算所述q轴电压指令值，其中，u_q为q轴电压指令值，i_{q_Ref}为q轴电流参考值，i_q为q轴电流，K_p2为预设定的第二比例系数，K_i2为预设定的第二积分系数。

进一步地，所述d轴电压指令值给定单元包括：

d轴电流参考值确定子单元，用于依据所述相电流及所述母线电压计算d轴电流参考值；

d轴电压指令值确定子单元，用于依据所述d轴电流参考值及所述相电流计算所述d轴电压指令值。

进一步地，所述d轴电流参考值确定子单元用于通过算式计算所述d轴电流参考值，其中，η为预设定的电压利用率，u_dc为母线电压，Iq为预设定的q轴电流给定量，ω_r为电机转速实际值，ψ为电机的转子永磁磁链，Ld为d轴电感。

进一步地，通过算式对所述电机转速实际值进行计算，其中，所述θ为电机转子永磁体磁链的角度。

进一步地，所述d轴电压指令值确定子单元用于通过算式u_d＝K_p3 ^*(i_{d_Ref}-i_d)+K_i3 ^*∫(i_{d_Ref}-i_d)dt计算所述d轴电压指令值，其中，u_d为d轴电压指令值，i_{d_Ref}为d轴电流参考值，i_d为d轴电流，K_p3为预设定的第三比例系数，K_i3为预设定的第三积分系数。

本发明实施例提供的功率变换控制装置，通过q轴电压指令值给定单元及d轴电压指令值给定单元分别依据电路参数接收单元接收的电源电压、母线电压、输入至电机的相电流以及预设定的电机转速参考值计算出q轴电压指令值及d轴电压指令值后，脉宽调制单元再依据q轴电压指令值及d轴电压指令值生成脉宽调制信号，以便在交流电压峰值处，控制电机输出较大的功率，而在交流电压过零点附近，控制电机输出较小功率，从而使得输入电流波形在交流电压过零点附近较小，减小了电流谐波，增大了功率因数，也使得电机的工作效率得以增强。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了可应用本发明实施例提供的功率变换控制装置的电路图。

图2示出了本发明实施例提供的功率变换控制装置的功能模块框图。

图3示出了本发明实施例提供的功率变换控制装置的拓扑结构图。

图4示出了本发明实施例提供的q轴电压指令值给定单元的功能模块框图。

图5示出了本发明实施例提供的d轴电压指令值给定单元的功能模块框图。

图标：100-功率变换控制装置；110-电路参数接收单元；120-q轴电压指令值给定单元；122-平均功率参考值确定子单元；124-功率参考值确定子单元；126-q轴电流参考值确定子单元；128-q轴电压指令值确定子单元；130-d轴电压指令值给定单元；132-d轴电流参考值确定子单元；134-d轴电压指令值确定子单元；140-脉宽调制单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

本发明实施例提供了一种功率变换控制装置100，用于控制驱动电路以带动电机运转，从而实现依据交流电压的变化控制电机输出功率的大小。请参阅图1，示出了可应用功率变换控制装置100的电路图。可以理解地，控制模块包含本发明实施例所提供的功率变换控制装置100。

请参阅图2，该功率变换控制装置100包括电路参数接收单元110、q轴电压指令值给定单元120、d轴电压指令值给定单元130以及脉宽调制单元140。请参阅图3，该功率变换控制装置100用于通过如图3所示的拓扑结构图对电机进行控制。

其中，电路参数接收单元110用于接收一电路参数采集电路发送的电源电压、母线电压、输入至电机的相电流。

q轴电压指令值给定单元120用于依据电源电压、相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴电压指令值。

具体地，请参阅图4，q轴电压指令值给定单元120包括平均功率参考值确定子单元122、功率参考值确定子单元124、q轴电流参考值确定子单元126以及q轴电压指令值确定子单元128。

平功率参考值确定子单元122用于依据预设定的电机转速参考值及相电流计算平均功率参考值。具体地，平均功率参考值确定子单元122依据预设定的电机转速参考值及相电流计算平均功率参考值的过程如下：

首先，依据相电流计算电机转速实际值，其过程如下：

通过u相电流i_u以及v相电流i_v计算w相电流i_w：

i_w＝-i_u-i_v

并通过u相电流i_u、v相电流i_v以及w相电流i_w计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：

i_α＝i_u

则q轴电流的计算公式为：

i_q＝i_βcosθ-i_αsinθ

d轴电流的计算公式为：

i_d＝i_αcosθ+i_βsinθ

其中，θ为电机转子永磁体磁链的角度，可通过传统的位置估算算法得出，其计算过程如下：

首先依据下述公式计算反电动势的d轴分量和q轴分量：

其中，估算角度与实际角度的误差

则电机转子永磁体磁链的角度由以下算式计算：

θ(n)＝θ(n-1)+Δθ

则，电机转速实际值ω_r为：

其次，依据预设定的电机转速参考值及电机转速实际值计算平均功率参考值P_{avr_Ref}，其计算公式如下：

P_{avr_Ref}＝K_p1 ^*(ω_{r_Ref}-ω_r)+K_i1 ^*∫(ω_{r_Ref}-ω_r)dt

其中，P_{avr_Ref}为平均功率参考值，ω_{r_Ref}为电机转速参考值，ω_r为电机转速实际值，K_p1为预设定的第一比例系数，K_i1为预设定的第一积分系数。

功率参考值确定子单元124用于依据平均功率参考值及电源电压计算功率参考值。具体地，功率参考值确定子单元124可通过以下算式对功率参考值进行计算：

P_Ref＝P_{avr_Ref}*u_ac*u_ac

其中，u_ac为电源电压。

q轴电流参考值确定子单元126用于依据功率参考值及相电流计算q轴电流参考值。具体地，q轴电流参考值确定子单元126可通过以下算式对q轴电流参考值进行计算：

其中，i_{q_Ref}为q轴电流参考值，P_Ref为功率参考值，Ud为d轴当前电压，Uq为q轴当前电压，i_d为d轴电流。

q轴电压指令值确定子单元128用于依据q轴电流参考值及相电流计算q轴电压指令值。具体地，q轴电压指令值确定子单元128可通过以下算式对q轴电压指令值进行计算：

u_q＝K_p2 ^*(i_{q_Ref}-i_q)+K_i2 ^*∫(i_{q_Ref}-i_q)dt

其中，u_q为q轴电压指令值，i_{q_Ref}为q轴电流参考值，i_q为q轴电流，K_p2为预设定的第二比例系数，K_i2为预设定的第二积分系数。

d轴电压指令值给定单元130用于依据母线电压、相电流计算d轴电压指令值。具体地，请参阅图5，d轴电流参考值确定子单元132以及d轴电压指令值确定子单元134。

d轴电流参考值确定子单元132，用于依据q轴电流及母线电压计算d轴电流参考值。具体地，d轴电流参考值确定子单元132可通过以下算式对d轴电流参考值进行计算：

其中，η为预设定的电压利用率，u_dc为母线电压，Iq为预设定的q轴电流给定量，ω_r为电机转速实际值，ψ为电机的转子永磁磁链，Ld为d轴电感。

d轴电压指令值确定子单元134，用于依据d轴电流参考值及d轴电流计算d轴电压指令值。具体地，d轴电压指令值确定子单元134可通过以下算式对d轴电压指令值进行计算：

u_d＝K_p3 ^*(i_{d_Ref}-i_d)+K_i3 ^*∫(i_{d_Ref}-i_d)dt

其中，u_d为d轴电压指令值，i_{d_Ref}为d轴电流参考值，i_d为d轴电流，K_p3为预设定的第三比例系数，K_i3为预设定的第三积分系数。

脉宽调制单元140用于依据q轴电压指令值及d轴电压指令值生成脉宽调制信号，并依据脉宽调制信号控制驱动电路驱动电机运转。

具体地，脉宽调制信号包含电机的三相上桥导通占空比信息，逆变模块依据占空比信息导通或关断。可以理解地，可通过以下算式对占空比信息进行计算：

首先，依据d轴电压指令值及q轴电压指令值计算电机的三相输出脉宽。

u_α＝u_d cosθ-u_q sinθ

u_β＝u_d sinθ+u_q cosθ

u_u＝u_α

依据三相输出脉宽计算电机的三相上桥导通占空比。

综上，本发明实施例提供的功率变换控制装置，通过q轴电压指令值给定单元及d轴电压指令值给定单元分别依据电路参数接收单元接收的电源电压、母线电压、输入至电机的相电流以及预设定的电机转速参考值计算出q轴电压指令值及d轴电压指令值后，脉宽调制单元再依据q轴电压指令值及d轴电压指令值生成脉宽调制信号，以便在交流电压峰值处，控制电机输出较大的功率，而在交流电压过零点附近，控制电机输出较小功率，从而使得输入电流波形在交流电压过零点附近较小，减小了电流谐波，增大了功率因数，也使得电机的工作效率得以增强。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (9)

1.一种功率变换控制装置，用于控制驱动电路以带动电机运转，其特征在于，所述功率变换控制装置包括：

电路参数接收单元，用于接收一电路参数采集电路发送的电源电压、母线电压、输入至电机的相电流；

q轴电压指令值给定单元，用于依据所述电源电压、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴电压指令值；

其中，所述q轴电压指令值给定单元包括：

平均功率参考值确定子单元，用于依据所述预设定的电机转速参考值及所述相电流计算平均功率参考值；

功率参考值确定子单元，用于依据所述平均功率参考值及所述电源电压计算功率参考值；

q轴电流参考值确定子单元，用于依据所述功率参考值及所述相电流计算q轴电流参考值；

q轴电压指令值确定子单元，用于依据所述q轴电流参考值及所述相电流计算所述q轴电压指令值；

d轴电压指令值给定单元，用于依据所述母线电压、所述相电流计算d轴电压指令值；

脉宽调制单元，用于依据所述q轴电压指令值及所述d轴电压指令值生成脉宽调制信号，并依据所述脉宽调制信号控制所述驱动电路驱动所述电机运转。

2.如权利要求1所述的功率变换控制装置，其特征在于，所述平均功率参考值确定子单元用于依据所述相电流计算电机转速实际值，并通过算式P_{avr_Ref}＝K_p1 ^*(ω_{r_Ref}-ω_r)+K_i1 ^*∫(ω_{r_Ref}-ω_r)dt计算所述平均功率参考值，其中，P_{avr_Ref}为平均功率参考值，ω_{r_Ref}为电机转速参考值，ω_r为电机转速实际值，K_p1为预设定的第一比例系数，K_i1为预设定的第一积分系数。

3.如权利要求1所述的功率变换控制装置，其特征在于，所述功率参考值确定子单元用于通过将所述平均功率参考值与所述电源电压的平方相乘，从而获得所述功率参考值。

4.如权利要求1所述的功率变换控制装置，其特征在于，所述q轴电流参考值确定子单元用于通过算式计算所述q轴电流参考值，其中，i_{q_Ref}为q轴电流参考值，P_Ref为功率参考值，Ud为d轴当前电压，Uq为q轴当前电压，i_d为d轴电流。

5.如权利要求1所述的功率变换控制装置，其特征在于，所述q轴电压指令值确定子单元用于通过算式u_q＝K_p2 ^*(i_{q_Ref}-i_q)+K_i2 ^*∫(i_{q_Ref}-i_q)dt计算所述q轴电压指令值，其中，u_q为q轴电压指令值，i_{q_Ref}为q轴电流参考值，i_q为q轴电流，K_p2为预设定的第二比例系数，K_i2为预设定的第二积分系数。

6.如权利要求1所述的功率变换控制装置，其特征在于，所述d轴电压指令值给定单元包括：

d轴电流参考值确定子单元，用于依据所述相电流及所述母线电压计算d轴电流参考值；

d轴电压指令值确定子单元，用于依据所述d轴电流参考值及所述相电流计算所述d轴电压指令值。

7.如权利要求6所述的功率变换控制装置，其特征在于，所述d轴电流参考值确定子单元用于通过算式计算所述d轴电流参考值，其中，η为预设定的电压利用率，u_dc为母线电压，Iq为预设定的q轴电流给定量，ω_r为电机转速实际值，Ψ为电机的转子永磁磁链，Ld为d轴电感。

8.如权利要求7所述的功率变换控制装置，其特征在于，通过算式对所述电机转速实际值进行计算，其中，θ为电机转子永磁体磁链的角度。

9.如权利要求6所述的功率变换控制装置，其特征在于，所述d轴电压指令值确定子单元用于通过算式u_d＝K_p3 ^*(i_{d_Ref}-i_d)+K_i3 ^*∫(i_{d_Ref}-i_d)dt计算所述d轴电压指令值，其中，u_d为d轴电压指令值，i_{d_Ref}为d轴电流参考值，i_d为d轴电流，K_p3为预设定的第三比例系数，K_i3为预设定的第三积分系数。