变频驱动方法及装置与流程

本发明涉及变频驱动技术领域，具体而言，涉及一种变频驱动方法及装置。

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。

而在现有的驱动系统中，直流母线电压通常会有波动，而为保证电机可以稳定运行，大多是通过采用在直流端并联较大的电解电容的方案，而这会导致变频外机主板体积大，重量大，由于电解电容使用寿命短，导致控制整体寿命缩短，成本高；此外，由于使用大电解电容，导致上电瞬间存在较大的充电电流，需要设计充电控制电路，造成外机主板零部件多，成本高。

同时，为了保持输入电流谐波满足标准要求，必须使用功率因数校正电路，造成整个电路器件偏多，损耗偏大，拓扑结构复杂，成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变频驱动方法及装置，以实现电网功率到电机的直接功率变换，使得电机稳定运行。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种变频驱动方法，所述变频驱动方法包括：

接收输入的电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流；

依据所述电源输入电流、所述电源输入电压、所述母线电压、所述相电流、预设定的电机转速参考值计算所述电机的q轴电压给定量；

依据所述相电流及预设定的d轴转矩电流给定量计算所述电机的d轴电压给定量；

依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成电压调节指令。

第二方面，本发明实施例还提供了一种变频驱动装置，所述变频驱动装置包括：

参数接收单元，用于接收输入的电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流；

计算单元，用于依据所述电源输入电流、所述电源输入电压、所述母线电压、所述相电流、预设定的电机转速参考值计算所述电机的q轴电压给定量；

所述计算单元还用于依据所述相电流及预设定的d轴转矩电流给定量计算所述电机的d轴电压给定量；

指令生成单元，用于依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成电压调节指令。

本发明提供的变频驱动方法及装置，通过采集电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流等参数，并依据上述参数计算出q轴电压给定量及d轴电压给定量，接着依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成电压调整指令，从而可以根据相电流及电机转速实际值对输出至电机的三相电压进行实时调节，从而实现电网功率到电机功率的直接变换；同时通过精确控制电源输入电流，可以实现对功率因数的控制，使得电机稳定运行。

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示出了本发明实施例提供的变频驱动方法的流程图。

图2示出了图1中步骤s102的子步骤流程图。

图3示出了图2中步骤s1022的子步骤流程图。

图4示出了图1中步骤s104的子步骤流程图。

图5示出了本发明实施例提供的变频驱动装置的功能模块图。

图标：100-变频驱动装置；110-参数接收单元；120-计算单元；130-指令生成单元。

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。

第一实施例

本发明实施例提供了一种变频驱动方法，应用于一种变频驱动系统，用于驱动电机运行。

请参阅图1，示出了本发明较佳实施例所提供的一种变频驱动方法的流程图。该变频驱动方法包括以下步骤：

步骤s101：接收输入的电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流。

首先接收输入的计算q轴电压给定量以及d轴电压给定量所需的参数。此外，需要说明的是，在本实施例中，输入至电机的相电流包括u相电流iu以及v相电流iv。

步骤s102：依据电源输入电流、电源输入电压、母线电压、相电流、预设定的电机转速参考值计算电机的q轴电压给定量。

请参阅图2，在本实施例中，步骤s102可以包括以下步骤：

步骤s1021：依据所述相电流计算q轴转矩电流iq。

首先通过u相电流iu以及v相电流iv计算w相电流iw：

iw＝-iu-iv

接着通过u相电流iu、v相电流iv以及w相电流iw计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：

iα＝iu

则q轴转矩电流的计算公式为：

iq＝iβcosθ-iαsinθ

d轴转矩电流的计算公式为：

id＝iαcosθ+iβsinθ

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

步骤s1022：依据电源输入电流、电源输入电压、母线电压、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算q轴转矩电流给定量iq_ref。

可选地，请参阅图3，该步骤s1022的包括以下步骤：

步骤s10221：依据电源输入电流、电源输入电压、母线电压及预设定的电机转速参考值计算q轴转矩电流参考量iq_ref_0。

在计算q轴转矩电流参考量iq_ref_0前，需要先依据电源输入电流、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算交流电参考值。

计算交流电参考值的过程为：

通过算式iac_ref_peak＝kp5*(ωr_ref-ωr)+ki5*∫(ωr_ref-ωr)dt计算交流输入电峰值参考值iac_ref_peak；其中，ωr_ref为电机转速参考值，ωr为电机转速实际值，kp5为预设定的第五比例系数，ki5为预设定的第五积分系数。

其中，机转速实际值的计算过程为：先通过相电流计算转子永磁体磁链的角度θ，接着通过下述算式计算电机转速实际值ωr：

对电源输入电流取绝对值得输入电流参考波形值iac_waveform_ref。

通过算式iac_ref＝iac_ref_peak*iac_waveform_ref计算交流电参考值。

在计算出交流电参考值iac_ref后，可通过算式iq_comp＝kp4*iac_ref计算前馈补偿量，其中kp4为预设定的第四比例系数，iq_comp为转矩电流反馈量。

步骤s10222：依据电源输入电流、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算前馈补偿量iq_comp。

在计算前馈补偿量iq_comp前，首先依据电源输入电流、电源输入电压、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算母线电压参考值udc_ref。

而在计算母线电压参考值udc_ref前，需要依据电源输入电流、所述相电流及预设定的电机转速参考值计算电感电压参考值ul_ref。

通过算式ul_ref＝kp3*(iac_ref-iac)+ki3*∫(iac_ref-iac)dt计算电感电压参考值，其中，iac为所述电源输入电流，kp3为预设定的第三比例系数，ki3为预设定的第三积分系数。

在计算出电感电压参考值后，通过算式udc_ref＝uac+ul_ref计算所述母线电压参考值udc_ref；其中，uac为所述电源输入电压。

在计算出母线电压参考值后，接着通过以下算式计算q轴转矩电流参考量iq_ref_0：

iq_ref_0＝kp2*(udc_ref-udc)+ki2*∫(udc_ref-udc)dt

其中，udc为母线电压，kp2为预设定的第二比例系数，ki2为预设定的第二积分系数。

步骤s10223：通过算式iq_ref＝iq_ref_0+iq_comp计算q轴转矩电流给定量iq_ref，其中，iq_ref_0为q轴转矩电流参考量，iq_comp为前馈补偿量。

步骤s1023：通过算式uq＝kp1*(iq_ref-iq)+ki1*∫(iq_ref-iq)dt计算q轴电压给定量，其中，iq为q轴转矩电流，uq为q轴电压给定量，kp1为预设定的第一比例系数，ki1为预设定的第一积分系数。

步骤s103：依据相电流及预设定的d轴转矩电流给定量计算电机的d轴电压给定量。

计算d轴转矩电流给定量过程与计算q轴转矩电流给定量的过程类似，区别在于，d轴转矩电流的计算公式为：

id＝iαcosθ+iβsinθ

步骤s104：依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成电压调节指令。

请参阅图4，在本实施例中，步骤s104包括以下几个子步骤：

步骤s1041：依据d轴电压给定量及q轴电压给定量计算电机的三相输出脉宽。

uα＝udcosθ-uqsinθ

uβ＝udsinθ+uqcosθ

uu＝uα

步骤s1042：依据三相输出脉宽计算电机的三相上桥导通占空比。

步骤s1043：依据占空比生成电压调节指令。

第二实施例

请参阅图5，示出了本发明较佳实施例所提供的一种变频驱动装置100的功能模块图。该变频驱动装置100包括参数接收单元110、计算单元120以及指令生成单元130。

参数接收单元110用于接收输入的电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流。

可以理解地，参数接收单元110可用于执行步骤s101。

计算单元120用于依据电源输入电流、电源输入电压、母线电压、相电流、预设定的电机转速参考值计算电机的q轴电压给定量。

可以理解地，计算单元120可用于执行步骤s102。

具体地，计算单元120依据电源输入电流、电源输入电压、母线电压、相电流、预设定的电机转速参考值计算电机的q轴电压给定量的过程如下：

首先通过下述算式计算交流输入电峰值参考值iac_ref_peak：

iac_ref_peak＝kp5*(ωr_ref-ωr)+ki5*∫(ωr_ref-ωr)dt

其中，ωr_ref为电机转速参考值，ωr为电机转速实际值，kp5为预设定的第五比例系数，ki5为预设定的第五积分系数。

接着对电源输入电流取绝对值得输入电流参考波形值iac_waveform_ref。

然后，通过下述算式计算交流电参考值iac_ref：

iac_ref＝iac_ref_peak*iac_waveform_ref

通过下述算式计算电感电压参考值ul_ref：

ul_ref＝kp3*(iac_ref-iac)+ki3*∫(iac_ref-iac)dt

其中，iac为电源输入电流，kp3为预设定的第三比例系数，ki3为预设定的第三积分系数。

紧接着，通过下述算式计算母线电压参考值udc_ref：

udc_ref＝uac+ul_ref

其中，uac为电源输入电压。

在计算出母线电压参考值后，接着通过以下算式计算q轴转矩电流参考量iq_ref_0：

iq_ref_0＝kp2*(udc_ref-udc)+ki2*∫(udc_ref-udc)dt

其中，udc为母线电压，kp2为预设定的第二比例系数，ki2为预设定的第二积分系数。

通过以下算式计算前馈补偿量iq_comp：

iq_comp＝kp4*iac_ref

其中，iac_ref为交流电参考值，kp4为预设定的第四比例系数。

最后，通过以下算式计算q轴转矩电流给定量iq_ref：

iq_ref＝iq_ref_0+iq_comp

可以理解地，计算单元120可用于执行步骤s1021、步骤s1022、步骤s1023、步骤s10221、步骤s10222以及步骤s10223。

计算单元120还用于依据相电流及预设定的d轴转矩电流给定量计算电机的d轴电压给定量。

计算d轴转矩电流给定量过程与计算q轴转矩电流给定量的过程类似，区别在于，d轴转矩电流的计算公式为：

id＝iαcosθ+iβsinθ

可以理解地，计算单元120可用于执行步骤s103。

指令生成单元130用于依据d轴电压给定量及q轴电压给定量计算电机的三相输出脉宽。

首先，依据d轴电压给定量及q轴电压给定量计算电机的三相输出脉宽，计算公式如下所示：

uα＝udcosθ-uqsinθ

uβ＝udsinθ+uqcosθ

uu＝uα

接着依据三相输出脉宽计算电机的三相上桥导通占空比，计算公式如下所示：

最后依据占空比生成电压调节指令。

可以理解地，计算单元120可用于执行步骤s104、步骤s1041、步骤s1042以及步骤s1043。

综上所述，本发明提供的变频驱动方法及装置，通过采集电源输入电流、电源输入电压、母线电压、输入至电机的相电流等参数，并依据上述参数计算出q轴电压给定量及d轴电压给定量，接着依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成电压调整指令，从而可以根据相电流及电机转速实际值对输出至电机的三相电压进行实时调节，从而实现电网功率到电机功率的直接变换；同时通过精确控制电源输入电流，可以实现对功率因数的控制，使得电机稳定运行。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段或代码的一部分，所述单元、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或两个以上单元集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，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。