一种单相到三相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种直流母线无电解电容单相到=相逆变电机驱动系统的高输入功 率因数控制方法，属于电机驱动控制领域。
【背景技术】
[0002] 单相二极管整流供电的=相逆变电机驱动系统一般采用大容量电解电容来平衡 瞬时输入功率和输出功率。然而，大容量电解电容的存在不仅会影响驱动控制系统的可靠 性，也会降低输入功率因数。传统的方法是采用无源功率因数矫正电路或有源功率因数矫 正电路，然而运些方法需要额外的器件，运不仅降低了系统的效率，也增大了系统的成本和 体积。
[0003] 针对大容量电解电容对电机驱动系统的不利影响，研究者提出采用体积小、成本 低和长寿命的小容量薄膜电容替代电解电容的单相二极管整流器供电=相逆变电机驱动 系统。由于薄膜电容不具有稳压作用，因而，直流母线电压随着负载的变化而变化。当电机 工作于重载工况时，较大变化范围的直流母线电压可W增加整流二极管的导通角，从而使 系统获得较高的输入功率因数。然而，当电机工作于轻载工况时，直流母线电压的变化范围 较小，运使得系统的输入功率因数较低。为了使系统在轻载和重载工况下都能够获得较高 的功率因数，需要利用=相逆变器的功率管对输入电流进行控制。目前，高输入功率因数控 制方法主要有逆变器输入电流反馈控制和逆变器输出功率反馈控制两种。逆变器输入电流 反馈控制可使系统在轻载和重载工况下实现高输入功率因数运行，但由于需要采用相位补 偿的方法补偿因低通滤波器而造成的相位延迟的逆变器输入电流，因而增加了系统控制的 复杂性。逆变器输出功率反馈控制无需采用低通滤波器，因而可W避免相移对输入功率因 数的影响。但变化范围较大的直流母线电压影响了交直流参考电流和电流调节器的输出偏 差信号，因而逆变器输出功率无法进行精确的计算。同时需要增加直流母线电压和电流的 检测电路，增加了系统的成本。
【发明内容】
[0004] 发明目的：针对上述现有技术，提出一种单相到=相逆变电机驱动系统的高输入 功率因数控制方法，实现系统的高输入功率因数运行。
[0005] 技术方案:一种单相到=相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，包括 W下步骤：
[0006] (1)，检测电机转子位置角0，并根据电机的转子位置角计算电机的实际转速CO;然 后将电机的实际转速《和给定转速《 较后得到转速偏差信号，该转速偏差信号经速度 调节器得到的信号作为输入功率参考的幅值Pin_a"p ;
[0007] (2)，检测单相二极管整流器的交流输入电压，并用相角a补偿因交流输入线电阻R 和线电感L引起的交流输入电压信号延迟，将相位补偿后的电压信号的平方作为输入功率 参考的脉动分量Pin;然后将输入功率参考的脉动分量Pin输入到低功率限制单元，当输入功 率脉动分量Pin小于预设功率Pset时，低功率限制单元无输出信号，否则输出Pin;再将低功率 限制单元输出信号与步骤(1)所得的输入功率参考的幅值Pin_a"p相乘得到输入功率参考巧:； [000引（3)，将输入功率参考疗、直流母线电压VdcW及逆变器输出线电压Vs作为交直轴电 流参考发生器的输入，直流母线电压Vdc与逆变器输出线电压Vs的差值经PI调节器后得到调 整角目；当调整角0含0时，得到中间变量Z二货，当调整角0<0时，得到中间变量Z =语如S:脚； 对信号巧：sin(0)进行限幅处理并作为直轴参考电流:島，并得到交轴参考电流/;的模等于 與L -短)2，当中间变量。0时，得到交轴参考电流（=如嶋-衍，当中间变量i<0时， 得到交轴参考电流= (0';其中，逆变器输出线电压K二V成2+3咕，记、 分别为两相静止坐标系下a轴电压和e轴电压，ismax为电机最大定子电流；
[0009] (4)，采集S相逆变器输出相电流ia和ib，经Clark和化rk变换得到两相旋转坐标系 下的直轴电流id和交轴电流iq，分别和步骤(3)得到的直轴参考电流C和交轴参考电流弓比 较后，再经电流调节器得到直轴电压Ud和交轴电压Uq;
[0010] (5)，将两相旋转坐标系下的直轴电压Ud和交轴电压Uq中的交直轴电流^和<进行 解禪，得到两相旋转坐标系下的直轴电压苗和交轴电压分别为：+<'苗.< =?,-巧.心';+，//); 其中，《 e、Ld、1。和4分别为电机的电角速度、直轴电感、交轴电感和永磁磁链；
[0011] (6)，将两相旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压经化rk逆变换得到两相静 止坐标系下a轴电压為和0轴电压^，将a轴电压苗和0轴电压"^及直流母线电压Vdc输入到 空间矢量脉冲宽度调制单元，运算输出的六路脉冲调制信号驱动=相逆变器的功率管。
[0012] 进一步的，速度调节器和电流调节器采用PI调节器或PID调节器或滑膜调节器或 神经网络调节器。
[0013] 有益效果:针对现有直流母线无电解电容单相二极管整流供电=相逆变电机驱动 系统的高输入功率因数控制方法的不足，本发明的一种单相到=相逆变电机驱动系统的高 输入功率因数控制方法具有W下优点：
[0014] 1.相比于逆变器输入电流反馈控制和逆变器输出功率反馈控制方法，该控制方法 仅需要检测交流输入电压信号、直流母线电压信号和逆变器输出相电流信号，降低了系统 的成本；
[0015] 2.直接控制与输入交流电压和电流相关联的输入功率不仅降低了系统控制的复 杂度，而且也增加了系统控制的精度和动态响应；
[0016] 3.无论电机工作在轻载还是重载工况均可实现高输入功率因数运行；
[0017] 4.不采用低通滤波器，无需补偿滤波延迟引起的相位延迟；
[0018] 5.采用低功率限制单元可避免瞬时低输入功率对电机性能的不利影响。
【附图说明】
[0019] 图I为系统整体控制方法框图；
[0020] 图2为交直轴参考电流产生框图；
[0021] 图3为电机工作在轻载时的直流母线电压仿真波形；
[0022] 图4为电机工作在轻载时的交直轴电流仿真波形；
[0023] 图5为电机工作在轻载时的输入电压和输入电流仿真波形；
[0024] 图6为电机工作在轻载时各次谐波和IEC61000-3-1规范比对图；
[0025] 图7为电机工作在重载时的直流母线电压仿真波形；
[0026] 图8为电机工作在重载时的交直轴电流仿真波形；
[0027] 图9为电机工作在重载时的输入电压和输入电流仿真波形；
[002引图10为电机工作在重载时各次谐波和IEC61000-3-1规范比对图；
[0029] 图11为电机不同负载对应功率因数图；
[0030] 图12为本系统硬件结构框图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0032] 如图1所示，一种单相到=相逆变电机驱动系统的高输入功率因数控制方法，包括 W下步骤：
[0033] (1)，利用编码器检测电机转子位置角0，并根据电机的转子位置角计算电机的实 际转速《。然后将电机的实际转速《和给定转速《 较后得到转速偏差信号，该转速偏差 信号经速度调节器ASR得到的信号作为输入功率参考的幅值Pin_amp。
[0034] (2)，检测单相二极管整流器的交流输入电压，并用相角a补偿因交流输入线电阻R 和线电感L引起的交流输入电压信号延迟，将相位补偿后的电压信号的平方作为输入功率 参考的脉动分量Pin。然后将输入功率参考的脉动分量Pin输入到低功率限制单元，当输入功 率脉动分量Pin小于预设功率Pset时，低功率限制单元无输出信号，否则输出Pin。再将低功率 限制单元输出信号与步骤(1)所得的输入功率参考的幅值Pin_a"p相乘得到输入功率参考写: