一种矢量启动自动切VF控制的变频软起控制方法与流程

一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法
技术领域
1.本发明涉及变频调速控制领域，具体涉及一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法。


背景技术：

2.以控制速度为目的，控制精度不需要太高的风机、泵类节能型变频器大多采用vf控制，其特点是控制电路结构简单、成本低，能够满足一般传动的平滑调速要求。但是这种方法采用开环控制方式，在低频时由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响，使输出最大转矩减小，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性，同时在低频时因定子电阻和逆变器死区效应的存在，还导致性能下降，稳定性变差。而矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理，根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制，在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近励直流电机的控制性能。矢量控制在低速时还可以输出100%的力矩，可解决v/f控制在低速时因力矩不够而无法工作的问题，但控制算法较为复杂，获取电机实时空间矢量的信息需要较高的计算量。


技术实现要素：

3.本发明提出的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，旨在解决在风机、泵类节能型变频器等应用场合，低频时使用vf控制性能下降，稳定性变差，而使用矢量控制在高频下又存在控制复杂，获取电机实时空间矢量信息需要较高计算量等缺点。
4.为实现以上目的，本发明提供的方案是：一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，包括以下步骤：步骤s1，矢量控制启动变频器，计算矢量控制下转子磁链观测值、、控制矢量角度；步骤s2，根据当前运行频率计算vf控制下的输出电压、电压切换系数；步骤s3，判断当前运行频率是否满足频率切换条件，满足频率切换条件进行步骤s4，否则进行步骤s1；步骤s4，计算vf控制下的控制矢量角度，电压过渡系数，过渡电压u；步骤s5，判断是否满足电压切换条件，不满足电压切换条件，进入步骤s4；满足电压切换条件，矢量控制平滑切换至vf控制完成。
5.进一步的，所述步骤s1中，矢量控制下转子磁链观测值、、控制矢量角度的计算公式如下：
，，，其中，、为矢量控制下转子磁链观测值，、为矢量控制下输出电压在αβ坐标轴下的分量，为定子电阻，、为矢量控制下输出电流在αβ坐标轴下的分量，为电机漏感，为矢量控制下的控制矢量角度，d为微分算子，t为时间，为积分符号，arctan为反正切函数。
6.进一步的，所述步骤s2中，vf控制下的输出电压、电压切换系数的计算公式如下：，，其中，为vf控制下的输出电压，为当前运行频率，为电机额定电压，为电机额定频率，为电压切换系数，为矢量控制下的输出电压幅值。
7.进一步的，所述步骤s3中，频率切换条件为：当前运行频率f大于等于频率切换值a，a为设定频率切换值，a的取值范围为0.1~50。
8.进一步的，所述步骤s4中，vf控制下的控制矢量角度，电压过渡系数、过渡电压u的计算公式如下：，，，其中，为vf控制下的控制矢量角度，为矢量控制下的控制矢量角度，为积分符号，π为圆周率，为当前状态下的运行频率，d为微分算子，t为时间，为电压过渡系数其初始值为，m为过渡系数步长，u为过渡电压，为vf控制下的输出电压。
9.进一步的，所述步骤s5中，电压切换条件为：等于1，其中，为电压过渡系数。
10.本发明具有的有益效果是：风机、泵类节能型变频器由矢量启动自动切vf控制，实现变频软起功能，切换过程平滑，冲击小；低频下采用矢量控制，输出100%的力矩，解决了低速时v/f控制力矩不够而无法工作问题；高频下采用v/f控制，控制电路结构简单、成本低。
附图说明
11.图1为本发明提供的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法的流程图；图2为本发明提供的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法的切换波形图。
具体实施方式
12.以下所述仅是本发明的优选实施方式。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
13.图1为本发明提供的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法的流程图，如图1所示，一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，包括：步骤s1，矢量控制启动变频器，计算矢量控制下转子磁链观测值、、控制矢量角度；步骤s2，根据当前运行频率计算vf控制下的输出电压、电压切换系数；步骤s3，判断当前运行频率是否满足频率切换条件，满足频率切换条件进行步骤s4，否则进行步骤s1；步骤s4，计算vf控制下的控制矢量角度，电压过渡系数，过渡电压u；步骤s5，判断是否满足电压切换条件，不满足电压切换条件，进入步骤s4；满足电压切换条件，矢量控制平滑切换至vf控制完成。
14.其中，所述步骤s1中，矢量控制下转子磁链观测值、、控制矢量角度的计算公式如下：，，，其中，、为矢量控制下转子磁链观测值，、为矢量控制下输出电压在α
β坐标轴下的分量，为定子电阻，、为矢量控制下输出电流在αβ坐标轴下的分量，为电机漏感，为矢量控制下的控制矢量角度，d为微分算子，t为时间，为积分符号，arctan为反正切函数。
15.其中，所述步骤s2中，vf控制下的输出电压、电压切换系数的计算公式如下：，，其中，为vf控制下的输出电压，为当前运行频率，为电机额定电压，为电机额定频率，为电压切换系数，为矢量控制下的输出电压幅值。
16.其中，所述步骤s3中，频率切换条件为：当前运行频率f大于等于频率切换值a，a为设定频率切换值，a的取值范围为0.1~50。
17.其中，所述步骤s4中，vf控制下的控制矢量角度，电压过渡系数、过渡电压u的计算公式如下：，，，其中，为vf控制下的控制矢量角度，为矢量控制下的控制矢量角度，为积分符号，π为圆周率，为当前状态下的运行频率，d为微分算子，t为时间，为电压过渡系数其初始值为，m为过渡系数步长，u为过渡电压，为vf控制下的输出电压。
18.其中，所述步骤s5中，电压切换条件为：等于1，其中，为电压过渡系数。
19.图2为本发明提供的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法的切换波形图，如图2所示，波形a代表的是变频器输出电压波形图，波形b代表的是变频器输出电流波形图，波形c代表的是矢量控制下的控制矢量角度的正弦值，波形d代表的是当前运行频率，从图中可以看出切换瞬间输出电压连续，输出电流无异常突变，切换过程电机转速无明显冲击，切换过程平滑。
20.本发明提出的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，通过观测矢量控制下的各项数据以计算vf控制下的各项数据，判断切换条件满足后，即可将矢量控制平滑切换至vf控制，实现了变频器在低速下的平滑启动，应用于以控制速度为目的，控制精度不需要太高的风机、泵类节能型变频器场合。
21.虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

技术特征：
1.一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，其特征在于，所述方法为：步骤s1，矢量控制启动变频器，计算矢量控制下转子磁链观测值、、控制矢量角度；步骤s2，根据当前运行频率计算vf控制下的输出电压、电压切换系数；步骤s3，判断当前运行频率是否满足频率切换条件，满足频率切换条件进行步骤s4，否则进行步骤s1；步骤s4，计算vf控制下的控制矢量角度，电压过渡系数，过渡电压u；步骤s5，判断是否满足电压切换条件，不满足电压切换条件，进入步骤s4；满足电压切换条件，矢量控制平滑切换至vf控制完成。2.根据权利要求1所述的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，矢量控制下转子磁链观测值、、控制矢量角度的计算公式如下：，，，其中，、为矢量控制下转子磁链观测值，、为矢量控制下输出电压在αβ坐标轴下的分量，为定子电阻，、为矢量控制下输出电流在αβ坐标轴下的分量，为电机漏感，为矢量控制下的控制矢量角度，d为微分算子，t为时间，为积分符号，arctan为反正切函数。3.根据权利要求1所述的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，vf控制下的输出电压、电压切换系数的计算公式如下：，，其中，为vf控制下的输出电压，为当前运行频率，为电机额定电压，为电机额定频率，为电压切换系数，为矢量控制下的输出电压幅值。4.根据权利要求1所述的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，频率切换条件为：当前运行频率f大于等于频率切换值a，a为设定频率切
换值，a的取值范围为0.1~50。5.根据权利要求1所述的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，vf控制下的控制矢量角度，电压过渡系数、过渡电压u的计算公式如下：，，，其中，为vf控制下的控制矢量角度，为矢量控制下的控制矢量角度，为积分符号，π为圆周率，为当前状态下的运行频率，d为微分算子，t为时间，为电压过渡系数其初始值为，m为过渡系数步长，u为过渡电压，为vf控制下的输出电压。6.根据权利要求1所述的一种矢量启动自动切vf控制的变频软起控制方法，其特征在于，所述步骤s5中，电压切换条件为：等于1，其中，为电压过渡系数。

技术总结
本发明提出一种矢量启动自动切VF控制的变频软起控制方法，涉及变频调速控制领域，本发明通过矢量控制启动变频器，根据矢量控制下的转子磁链观测值、控制矢量角度、当前运行频率等数据计算VF控制下的输出电压U1、电压切换系数K1；同时判断当前运行频率是否满足切换条件，满足切换条件后计算VF控制下的控制矢量角度θ2，电压过渡系数K2，过渡电压U，通过调整电压过渡系数K2完成矢量控制平滑切换至VF控制。本发明实现了变频器在低速下的平滑启动，应用于以控制速度为目的，控制精度不需要太高的风机、泵类等节能型变频器。泵类等节能型变频器。泵类等节能型变频器。


技术研发人员：张树林 陈忠强 张正松 宋玉明
受保护的技术使用者：希望森兰科技股份有限公司
技术研发日：2023.09.11
技术公布日：2023/10/20