阅读说明：本技术 一种异步变频电机减速过压抑制方法 (Deceleration overvoltage suppression method for asynchronous variable frequency motor ) 是由 沈开雄 喻杰 徐前 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种异步变频电机减速过压抑制方法,在不增加外部装置的前提下,针对至少接入一台变频器的工况,采用闭环PID控制,快速、平稳地抑制异步变频电机的母线电压波动,输出电流、转矩平稳。本发明为电压单闭环控制,减少了计算量,最终达到与现有双闭环控制方法一致的母线电压抑制效果。本发明为全减速过程PID调节,解决了电机减速初始阶段母线电压冲击的问题。本发明加入了减速时间补偿功能,保证整个减速过程耗时等于或最接近于用户设定的减速时间,使减速时间最优。(The invention provides a method for restraining reduction overvoltage of an asynchronous variable frequency motor, which adopts closed-loop PID control to quickly and stably restrain the bus voltage fluctuation of the asynchronous variable frequency motor and stabilize the output current and the torque aiming at the working condition of at least one frequency converter on the premise of not increasing an external device. The invention is voltage single closed-loop control, reduces the calculated amount and finally achieves the bus voltage suppression effect consistent with the existing double closed-loop control method. The invention is PID adjustment in the full deceleration process, and solves the problem of bus voltage impact in the initial deceleration stage of the motor. The invention adds the deceleration time compensation function, ensures that the time consumed in the whole deceleration process is equal to or closest to the deceleration time set by a user, and ensures that the deceleration time is optimal.)

一种异步变频电机减速过压抑制方法

技术领域

本发明属于电机减速过压抑制技术领域，具体涉及一种异步变频电机减速过压抑制方法。

背景技术

异步变频电机拖动系统在减速时，电机旋转磁场的转速(同步转速)立刻下降，但由于拖动系统机械惯性的缘故，转子转速不可能立刻下降；于是转子转速高于同步转速，转子绕组切割磁场的方向与以前相反，电机处于发电状态。电机轴上的转矩切变为制动转矩，促使电机转速迅速下降，称为再生制动状态；整个减速过程中，电机轴上的机械能转换成再生制动电能输入到变频器，再生制动电能的一部分消耗在电机及变频器回路中，剩余的在母线电容上堆积，导致母线电压升高。

在现有的异步变频电机拖动系统中，通过控制再生制动电能将母线电压限制在安全范围内；常见的解决方案有如下四种：

1.多台变频器共用直流母线，使电动运行的电机吸收减速电机的再生电能；

2.加装回馈装置，将再生制动电能回馈到电网中；

3.加装制动单元，通过制动电阻的能耗消除再生制动电能；

4.延长变频器减速时间，充分利用电机和变频器自身消耗再生制动电能。在变频器参数中预设“过压抑制点电压”、“减速时间”，根据母线电压变化，实时调整减速时间(频率递减量)，保证单位时间内产生的再生制动电能可以全部消耗在变频器及电机上。具体包括两种方式：

①母线电压滞环控制法：母线电压高于过压抑制点电压时停止减速，保持电机以当前频率运行；等待母线电压恢复正常后，继续降频减速。

②“电压-有功功率”双闭环控制法：根据母线电压与抑制点电压值，通过PI调节计算目标有功功率；根据目标有功功率和变频器采样有功功率，通过PI调节得到同步转速的频率递减量，降频减速。

上述异步变频电机减速过压抑制解决方法中，方法1适用于有多台变频器母线并联使用的工况，对单台变频器的工况无效；方法2与3需要加装外部装置，而外部装置有失效的风险，增加了系统成本及后期的维护难度；方法4通过对变频器自身自动调节解决过压问题，应用最为方便，但在具体效果上存在以下问题：

电压滞环控制法，减速时电机转速在“减速-保持-减速”状态之间循环往复，使母线电压反复波动，输出电流随母线电压波动而波动，导致电机转矩波动，转速不稳；另一方面母线电压对电解电容反复充放电，影响电容使用寿命。

“电压-有功功率”双闭环控制法，分为电压、有功功率两个调节环，整体控制系统复杂；控制关键变量“瞬时有功功率”的精确程度受输出电压、输出电流检测精度、程序计算的影响。

这两种方式均在母线电压高于“过压抑制点电压”后才开始调节，减速前期母线电压不受控，容易产生一个大于“过压抑制点电压”的冲击电压。为保证全过程母线电压在安全范围内，只能将“过压抑制点电压”设置值偏低，则削弱了再生制动电能的消耗能力，延长了减速时间；另一方面电压的冲击对母线电容寿命也会有一定的影响。

这两种方式不能做到减速时间最优。所谓减速时间最优，即整个减速过程，实际减速时间等于或最接近于用户设定变频器“减速时间”。减速过程中母线电压高于“过压抑制点电压”后，变频器自动延长了减速时间；后续再生制动电能减少，母线电压低于“过压抑制点电压”后，不会加快减速过程以补偿前期延长的减速时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种异步变频电机减速过压抑制方法，用于在不增加外部装置的前提下，针对至少接入一台变频器的工况，快速、平稳抑制异步变频电机的母线电压波动。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种异步变频电机减速过压抑制方法，包括以下步骤：

S1：异步电机的变频器接收到减速命令后，进入减速过压抑制模式，根据包括当前运行频率、目标运行频率、用户设定减速时间、已减速用时的参数，计算剩余减速过程中理想频率递减量Δf；

S2：采样当前的母线电压值U_dc；

S3：设过压抑制点电压为U^* _dc，计算过压抑制点电压U^* _dc与当前母线电压U_dc的电压偏差ΔU：

ΔU＝U^* _dc-U_dc；

S4：根据电压偏差ΔU调整PID调节器的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d；

S5：通过PID调节器计算实际频率递减量Δf_Real；

S6：将实际的频率递减量Δf_Real发送到变频器的频率控制单元以输出同步转速的频率；

S7：判断减速过程是否完成，若是则停止；若否则从步骤S1循环执行，直到减速过程结束。

按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：

设当前运行频率为f_run，目标运行频率为f_ref，总减速时间即用户设定减速时间为T_dec，已用减速时间为T_used，采样时间为T_sample，则理想的频率递减量Δf为：

Δf＝(f_run-f_ref)/(T_dec-T_used)/T_sample。

进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：在减速起始阶段，ΔU≥0时，比例参数K_p与微分参数K_d起主要调节作用；一旦发生ΔU＜0，且不论之后如何变化，比例参数K_p与积分参数K_i起主要调节作用；参数越大，调节作用越强；参数越小，调节作用越弱。

进一步的，所述的步骤S5中，具体步骤为：

设当前周期电压偏差为ΔU_n，上次周期电压偏差为ΔU_n-1，则电压偏差ΔU通过PID调节器的输出P_out为：

其中P_out的取值范围为[0，4096]，则实际频率递减量Δf_Real为：

Δf_Real＝(4096-P_out)·Δf/4096。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种异步变频电机减速过压抑制方法在不增加外部装置的前提下，针对至少接入一台变频器的工况，快速、平稳地抑制异步变频电机的母线电压波动。

2.本发明采用闭环PID控制，使母线电压维持在“过压抑制点电压”±2V范围内，输出电流、转矩平稳。

3.本发明为电压单闭环控制，简化了控制系统，减少了计算量，避免了有功功率计算、电流采样不准对调节效果的影响，最终达到与现有双闭环控制方法一致的母线电压抑制效果。

4.本发明为全减速过程PID调节，通过采用自适应的调节器PID参数，解决了电机减速初始阶段母线电压冲击的问题，有利于提高“过压抑制点电压”设置值，加快减速过程。

5.本发明加入了减速时间补偿功能，保证母线电压低于“过压抑制点电压”后，自动加快减速过程以补偿前期延长的减速时间，保证整个减速过程耗时等于或最接近于用户设定的减速时间，使减速时间最优；若减速过程同步转速以理想的频率递减量递减，则最终实际减速时间与用户设定减速时间一致。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

图2是本发明实施例与传统方法比较的母线电压-时间曲线图。

具体实施方式

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。

参见图1，本发明的一种异步变频电机减速过压抑制方法，包括以下步骤：

S1：异步电机的变频器接收到减速命令后，进入减速过压抑制模式，设当前运行频率为f_run，目标运行频率为f_ref，总减速时间即用户设定减速时间为T_dec，已用减速时间为T_used，采样时间为T_sample，则理想的频率递减量Δf为：

Δf＝(f_run-f_ref)/(T_dec-T_used)/T_sample。

S2：采样当前的母线电压值U_dc。

S3：设过压抑制点电压为U^* _dc，计算过压抑制点电压U^* _dc与当前母线电压U_dc的电压偏差ΔU：

ΔU＝U^* _dc-U_dc。

S4：根据电压偏差ΔU调整PID调节器的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d：在减速起始阶段，ΔU≥0时，比例参数K_p与微分参数K_d起主要调节作用；一旦发生ΔU＜0，且不论之后如何变化，比例参数K_p与积分参数K_i起主要调节作用；参数越大，调节作用越强；参数越小，调节作用越弱。

S5：通过PID调节器计算实际频率递减量Δf_Real：设当前周期电压偏差为ΔU_n，上次周期电压偏差为ΔU_n-1，则电压偏差ΔU通过PID调节器的输出P_out为：

其中P_out的取值范围为[0，4096]，则实际频率递减量Δf_Real为：

Δf_Real＝(4096-P_out)·Δf/4096。

S6：将实际的频率递减量Δf_Real发送到变频器的频率控制单元以输出同步转速的频率。

S7：判断减速过程是否完成，若是则停止；若否则从步骤S1循环执行，直到减速过程结束。

参见图2，传统方法在母线电压首次大于过压抑制点电压U^* _dc即t2时刻开始调节，系统在之前的减速过程即t1～t2时刻处于开环不可控状态，母线电压会冲击到U_max；而本发明从t1时刻开始调节，采用全减速过程参数自适应的PID调节方法，有效抑制了冲击电压，使母线的最大电压在过压抑制点电压U^* _dc附近。本发明减少了变频器过压报警的风险，提高了过压抑制点电压U^* _dc，加快了电机再生制动电能的消耗，缩短了系统减速时间。

本方法实时计算理想频率递减量Δf，在保证母线电压维持在过压抑制点电压U^* _dc附近的基础上，控制输出的实际频率递减量Δf_Reall尽量接近于理想频率递减量Δf。如果Δf＝Δf_Reall，则电机实际减速时间与用户设定减速时间一致。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。