專利名稱：無速度傳感器異步電機(jī)變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制技術(shù)，特別是一種無速度傳感器異步電機(jī)變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制方法。
在高性能的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，為了達(dá)到較高的動(dòng)、靜態(tài)性能，速度傳感器是必不可少的，但由于成本、使用環(huán)境及可靠性等限制，許多場(chǎng)合又不宜安裝速度傳感器，因而近期以來無速度傳感器控制一直是變頻調(diào)速系統(tǒng)研究與開發(fā)的主題。而在某些負(fù)載(例如各式軌道或公路電動(dòng)車輛)的交流傳動(dòng)中，出現(xiàn)一種對(duì)無速度傳感器異步電機(jī)變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制方法的需求。
在異步電機(jī)變頻調(diào)速中，最重要的問題是如何將電機(jī)磁鏈保持在給定值上而不受電機(jī)運(yùn)行溫度變化的影響，具體來說就是不受定子電阻R1與轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)T2隨溫度而變化的影響，但數(shù)十年以來為了實(shí)現(xiàn)此要求仍是困難多多。
在電壓脈寛調(diào)制定子磁鏈定向矢量控制(為了便于分析，通常將定子磁鏈給定值ψ1*定向于直軸D)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，已由專利號(hào)ZL02223487.X“高性能變頻調(diào)速器”提供了一種解決方法，其中以專利號(hào)ZL 00225853.6“異步電機(jī)變頻調(diào)速用的定子磁鏈的校正器”作基礎(chǔ)并利用發(fā)明專利號(hào)01106851.5“異步電機(jī)變頻調(diào)速中含有基變量的參數(shù)的觀測(cè)方法”的定子磁鏈觀測(cè)式(與基變量有關(guān))而對(duì)定子側(cè)電阻值進(jìn)行自校正或自設(shè)定亦即自適應(yīng)電機(jī)溫度變化而得到了實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)入了定子磁鏈定向矢量控制工況并能將定子磁鏈保持在所給定值上。在所述情況下，R1正是定子磁鏈閉環(huán)自校正的對(duì)象以達(dá)到將電機(jī)定子磁鏈值保持在給定值上的目的，而且即使T2大范圍變化也不會(huì)對(duì)上述自校正過程帶來影響，從而排除了電機(jī)運(yùn)行溫度變化的影響，首次解決了長期以來所存在的難題，其中定子磁鏈觀測(cè)式的基變量Z起到了關(guān)鍵作用。既能在無速度傳感器下運(yùn)行，又能獲得很高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩且起動(dòng)電流小，從而使變頻器的電流容量大為減少和產(chǎn)品成本顯著降低。
本發(fā)明的目的是提供一種無速度傳感器異步電機(jī)變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制方法。
在包括含有與基變量有關(guān)的電機(jī)定子側(cè)電阻自適應(yīng)電機(jī)溫度變化的環(huán)節(jié)及橫軸電流實(shí)際值IQ、直軸電流實(shí)際值ID的三相/二相的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)在內(nèi)的電壓脈寛調(diào)制(正弦波電壓脈寛調(diào)制或電壓空間矢量脈寛調(diào)制等等)定子磁鏈定向矢量控制的變頻調(diào)速器00的前提下，本發(fā)明的技術(shù)方案按層次分述如下轉(zhuǎn)矩電流即橫軸電流給定值IQ**經(jīng)過正負(fù)限幅環(huán)節(jié)10后的IQ*在加減環(huán)節(jié)11處減去來自同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的橫軸電流實(shí)際值IQ后得電流誤差，電流誤差再經(jīng)放大系數(shù)為K1的比例環(huán)節(jié)14及積分環(huán)節(jié)15，最后得出轉(zhuǎn)速估計(jì)值N；轉(zhuǎn)速估計(jì)值經(jīng)放大系數(shù)為K2的比例環(huán)節(jié)16后為轉(zhuǎn)速角頻率WM，轉(zhuǎn)速角頻率又在加減環(huán)節(jié)12處與來自函數(shù)F1運(yùn)算環(huán)節(jié)17所輸出的轉(zhuǎn)差角頻率W2相加而得出定子角頻率W1并被送往變頻調(diào)速器00；函數(shù)F1運(yùn)算環(huán)節(jié)的輸入共有三個(gè)，第一個(gè)為IQ**經(jīng)過正負(fù)限幅環(huán)節(jié)10后的IQ*，第二個(gè)為來自同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的直軸電流實(shí)際值ID，第三個(gè)為定子磁鏈給定值ψ1*；定子磁鏈給定值ψ1*又被分別送往變頻調(diào)速器及比例環(huán)節(jié)14；定子磁鏈給定值ψ1*定向于直軸D；當(dāng)用軟件實(shí)施時(shí)，比例環(huán)節(jié)(14)及(16)則用乘法環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。
在現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于或等于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(或基速)時(shí)，定子磁鏈給定值ψ1*為常數(shù)；如要擴(kuò)大到電機(jī)轉(zhuǎn)速大于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(或基速)區(qū)域，則定子磁鏈給定值ψ1*常來自以電機(jī)定子角頻率為自變量的函數(shù)發(fā)生器的輸出而非常數(shù)，以實(shí)現(xiàn)弱磁控制。
放大系數(shù)為K1的表達(dá)式是375PMψ1*/GD2；放大系數(shù)為K2的表達(dá)式是3.1416PM/30；PM為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)，GD2為設(shè)定的飛輪慣量。
函數(shù)(F1)的表達(dá)式有多種，一是L1IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或是L1(1+σT2P)IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或進(jìn)一步簡(jiǎn)化是L1IQ*/(T2ψ1*)，或再進(jìn)一步簡(jiǎn)化是IQ*×0(但這會(huì)使系統(tǒng)反應(yīng)速度降低)；T2＝L2/R2，σ＝1-M2/(L1L2)；T2為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，σ為漏磁系數(shù)，L1、L2、M及R2分別為電機(jī)的定子繞組自感、轉(zhuǎn)子繞組自感、定轉(zhuǎn)子繞組間互感及轉(zhuǎn)子電阻，均歸算到電機(jī)的定子側(cè)；P為微分符號(hào)；函數(shù)F1表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果即為轉(zhuǎn)差角頻率W2并向外輸出。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步作詳細(xì)說明。


圖1為系統(tǒng)控制方框圖。
在圖1中，變頻調(diào)速器00輸出的VA、VB和VC三相電壓送往異步電機(jī)01，并在每條輸出線上設(shè)有電流傳感器A、B和C，其分別檢測(cè)出的電流IA、IB和IC又被送回變頻調(diào)速器，以供產(chǎn)生橫軸電流實(shí)際值IQ及直軸電流實(shí)際值ID的三相/二相的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)之用。圖中其余部分則如前面所述。
本發(fā)明的優(yōu)特點(diǎn)如下一、轉(zhuǎn)矩控制十分簡(jiǎn)單而又實(shí)用當(dāng)IQ*大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(折合成電流值)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升；當(dāng)IQ*小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(折合成電流值)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降；當(dāng)IQ*等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(折合成電流值)時(shí)，電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)速狀態(tài)。
二、由于定子磁鏈得到有效的利用，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，且起動(dòng)電流小，從而使變頻器的電流容量大為減少和產(chǎn)品成本顯著降低。
三、當(dāng)IQ*為負(fù)值時(shí)，電機(jī)能進(jìn)入再生制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。
四、經(jīng)計(jì)算機(jī)大量仿真證明所設(shè)定的飛輪慣量與電力拖動(dòng)系統(tǒng)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分所折算到電機(jī)軸上的實(shí)際飛輪慣量這二者之間允許有相當(dāng)大的范圍出入；另外轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)T2值常隨電機(jī)運(yùn)行溫度而變化，但其對(duì)轉(zhuǎn)矩控制所產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。
五、如IA+IB+IC＝0條件得到滿足，則圖1中可只設(shè)二個(gè)電流傳感器。
六、如遇到電源短時(shí)中斷情況，可降低IQ*值，以使電機(jī)轉(zhuǎn)速亦即定子角頻率下降到某一預(yù)定值，等候檢測(cè)到電源恢復(fù)后再提高IQ*值以恢復(fù)正常運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種無速度傳感器異步電機(jī)變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制方法，包括含有與基變量有關(guān)的電機(jī)定子側(cè)電阻自適應(yīng)電機(jī)溫度變化的環(huán)節(jié)及橫軸電流實(shí)際值IQ、直軸電流實(shí)際值ID的三相/二相的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)在內(nèi)的電壓脈寬調(diào)制定子磁鏈定向矢量控制的變頻調(diào)速器(00)，其特征在于轉(zhuǎn)矩電流即橫軸電流給定值IQ**經(jīng)過正負(fù)限幅環(huán)節(jié)(10)后的IQ*在加減環(huán)節(jié)(11)處減去來自同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的橫軸電流實(shí)際值IQ后得電流誤差，電流誤差再經(jīng)放大系數(shù)為K1的比例環(huán)節(jié)(14)及積分環(huán)節(jié)(15)，最后得出轉(zhuǎn)速估計(jì)值N；轉(zhuǎn)速估計(jì)值經(jīng)放大系數(shù)為K2的比例環(huán)節(jié)(16)后為轉(zhuǎn)速角頻率WM，轉(zhuǎn)速角頻率又在加減環(huán)節(jié)(12)處與來自函數(shù)F1運(yùn)算環(huán)節(jié)(17)所輸出的轉(zhuǎn)差角頻率W2相加而得出定子角頻率W1并被送往變頻調(diào)速器(00)；函數(shù)F1運(yùn)算環(huán)節(jié)的輸入共有三個(gè)，第一個(gè)為IQ**經(jīng)過正負(fù)限幅環(huán)節(jié)(10)后的IQ*，第二個(gè)為來自同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的直軸電流實(shí)際值ID，第三個(gè)為定子磁鏈給定值ψ1*；定子磁鏈給定值ψ1*又被分別送往變頻調(diào)速器及比例環(huán)節(jié)(14)；定子磁鏈給定值ψ1*定向于直軸D；當(dāng)用軟件實(shí)施時(shí)，比例環(huán)節(jié)(14)及(16)則用乘法環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于定子磁鏈給定值ψ1*為常數(shù)，也有的來自以電機(jī)定子角頻率為自變量的函數(shù)發(fā)生器的輸出而非常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于放大系數(shù)為K1的表達(dá)式是375PMψ1*/GD2；放大系數(shù)為K2的表達(dá)式是3.1416PM/30；PM為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)，GD2為設(shè)定的飛輪慣量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于函數(shù)F1的表達(dá)式有多種，一是L1IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或是L1(1+σT2P)IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或進(jìn)一步簡(jiǎn)化是L1IQ*/(T2ψ1*)，或再進(jìn)一步簡(jiǎn)化是IQ*×0；T2＝L2/R2，σ＝1-M2/(L1L2)；T2為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，σ為漏磁系數(shù)，L1、L2、M及R2分別為電機(jī)的定子繞組自感、轉(zhuǎn)子繞組自感、定轉(zhuǎn)子繞組間互感及轉(zhuǎn)子電阻，均歸算到電機(jī)的定子側(cè)；P為微分符號(hào)；函數(shù)F1表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果即為轉(zhuǎn)差角頻率W2并向外輸出。
全文摘要
本發(fā)明“無速度傳感器異步電機(jī)變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制方法”為一種電機(jī)控制技術(shù)。含有與基變量有關(guān)的電機(jī)定子側(cè)電阻自適應(yīng)電機(jī)溫度變化的環(huán)節(jié)，并具有十分簡(jiǎn)單而又實(shí)用的轉(zhuǎn)矩控制功能，能方便地升降速；又由于定子磁鏈得到有效的利用，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，且起動(dòng)電流小，從而使變頻器的電流容量大為減少和產(chǎn)品成本顯著降低；另外轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)T
文檔編號(hào)H02P21/00GK1797936SQ200410047070
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者盧驥 申請(qǐng)人:盧驥