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的流體機(jī)械，而壓縮機(jī)工作需要電機(jī)的帶動。
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零點附近功率無差異，而在過零點附近因為交流電壓比較低，故過零點赴京電流會比較大，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)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例采用的技術(shù)方案如下：
第一方面，本發(fā)明實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)速參考值計算q軸電壓指令值；
依據(jù)所述母線電壓、所述相電流計算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。
第二方面，本發(fā)明實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)速參考值計算q軸電壓指令值；
所述計算還用于依據(jù)所述母線電壓、所述相電流計算d軸電壓指令值；
脈寬調(diào)制信號生成單元，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。
本發(fā)明實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，以便在交流電壓峰值處，控制電機(jī)輸出較大的功率，而在交流電壓過零點附近，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零點附近較小，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。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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-計算單元；130-脈寬調(diào)制信號生成單元。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細(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)明的選定實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“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重要性。
第一實施例
本發(fā)明實施例提供了一種功率變換控制方法，于控制驅(qū)動電路以帶動電機(jī)運轉(zhuǎn)，從而實現(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?？梢岳斫獾兀刂颇K包含本發(fā)明實施例所提供的功率變換控制裝置100。
請參閱圖2，示出了本發(fā)明實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，需要說明的是，在本實施例中，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)速參考值計算q軸電壓指令值。
請參閱圖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)速參考值計算q軸電流參考值。
請參閱圖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)速參考值計算功率參考值。
具體地，在計算功率參考值前，需要先對電機(jī)轉(zhuǎn)速實際值和平均功率參考值進(jìn)行計算。
首先，依據(jù)相電流計算電機(jī)轉(zhuǎn)速實際值，其過程如下：
首先通過u相電流iu以及v相電流iv計算w相電流iw：
iw＝-iu-iv
接著通過u相電流iu、v相電流iv以及w相電流iw計算α軸電流及β軸電流，公式如下所示：
iα＝iu
則q軸電流的計算公式為：
iq＝iβcosθ-iαsinθ
d軸電流的計算公式為：
id＝iαcosθ+iβsinθ
其中，θ為電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度，可通過傳統(tǒng)的位置估算算法得出，其計算過程如下：
首先依據(jù)下述公式計算反電動勢的d軸分量和q軸分量：
其中，估算角度與實際角度的誤差
則電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度由以下算式計算：
θ(n)＝θ(n-1)+δθ
則，電機(jī)轉(zhuǎn)速實際值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)速實際值計算平均功率參考值pavr_ref，其計算公式如下：
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以下算式進(jìn)行計算：
pref＝pavr_ref*uac*uac
其中，uac為電源電壓。
子步驟s10212：通過算式
子步驟s1022：通過算式uq＝kp1*(iq_ref-iq)+ki1*∫(iq_ref-iq)dt計算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、相電流計算d軸電壓指令值。
請參閱圖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、相電流計算d軸電流參考值。
具體地，可通過以下算式對d軸電流參考值id_ref進(jìn)行計算：
其中，
子步驟s1032：通過算式ud＝kp3*(id_ref-id)+ki3*∫(id_ref-id)dt計算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。
其中，脈寬調(diào)制信號用于驅(qū)動一逆變模塊包含的開關(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?？梢岳斫獾兀赏ㄟ^以下算式對占空比信息進(jìn)行計算：
首先，依據(jù)d軸電壓指令值及q軸電壓指令值計算電機(jī)的三相輸出脈寬。
uα＝udcosθ-uqsinθ
uβ＝udsinθ+uqcosθ
uu＝uα
依據(jù)三相輸出脈寬計算電機(jī)的三相上橋?qū)ㄕ伎毡取?/p>
需要說明的是，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，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，按照本發(fā)明提供的功率變換控制方法對電機(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。
第二實施例
本發(fā)明實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。需要說明的是，本實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)效果和上述實施例相同，為簡要描述，本實施例部分未提及之處，可參考上述的實施例中相應(yīng)內(nèi)容。
請參閱圖6，示出了本發(fā)明實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、計算單元120以及脈寬調(diào)制信號生成單元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)速參考值計算q軸電壓指令值。
具體地，計算單元120依據(jù)電源電壓、相電流及預(yù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值計算q軸電壓指令值的過程如下：
首先，依據(jù)相電流計算電機(jī)轉(zhuǎn)速實際值，其過程如下：
通過u相電流iu以及v相電流iv計算w相電流iw：
iw＝-iu-iv
并通過u相電流iu、v相電流iv以及w相電流iw計算α軸電流及β軸電流，公式如下所示：
iα＝iu
則q軸電流的計算公式為：
iq＝iβcosθ-iαsinθ
d軸電流的計算公式為：
id＝iαcosθ+iβsinθ
其中，θ為電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度，可通過傳統(tǒng)的位置估算算法得出，其計算過程如下：
首先依據(jù)下述公式計算反電動勢的d軸分量和q軸分量：
其中，估算角度與實際角度的誤差
則電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈的角度由以下算式計算：
θ(n)＝θ(n-1)+δθ
則，電機(jī)轉(zhuǎn)速實際值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)速實際值計算平均功率參考值pavr_ref，其計算公式如下：
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，通過算式
最后，通過算式uq＝kp1*(iq_ref-iq)+ki1*∫(iq_ref-iq)dt計算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，通過計算單元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。
計算單元120還用于依據(jù)母線電壓、相電流計算d軸電流參考值。
首先，計算單元120依據(jù)母線電壓、相電流計算d軸電流參考值。
具體地，可通過以下算式對d軸電流參考值id_ref進(jìn)行計算：
其中，
接著，通過算式ud＝kp3*(id_ref-id)+ki3*∫(id_ref-id)dt計算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，通過計算單元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。
可以理解地，通過脈寬調(diào)制信號生成單元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，以便在交流電壓峰值處，控制電機(jī)輸出較大的功率，而在交流電壓過零點附近，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零點附近較小，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。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“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程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、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)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。
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