CN101674043A - 转子磁场定向无速度传感器矢量变频器的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种转子磁场定向无速度传感器矢量变频器的控制方法，是通过以下步骤实现的：采用电流和电压相结合的转子磁链估算模型以及基于异步电机数学模型的速度估算方法，可得转子磁通位置角，并送至旋转变换环节；用霍尔电流传感器检测三相输出的两相电流ia、ib，计算出第三相电流ic＝－(ia+ib)，从而获得实时的输出电流信号，即为电机的电流信号；为矢量控制的计算提供实时信号；由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量和励磁电流分量，利用磁通电流、转矩电流所产生的电流误差经PI控制器产生磁通电压基准量、转矩电压基准量，经旋转变换后求出两相输出电压磁通电压基准量逆变换后电压、转矩电压基准量逆变换后电压；响应有很好的动态特性和稳态精度。

Description

转子磁场定向无速度传感器矢量变频器的控制方法

技术领域

本发明涉及一种变频器，尤其涉及一种转子磁场定向无速度传感器矢量变频器(SY8000型)的控制方法。

背景技术

传统的通用变频器广泛采用的是恒压频比控制方式，也称V/F控制，其通常采用开环恒压频比及低频电压补偿技术，适用于风机、水泵等对调速***动态性能要求不高的场合。

目前还有一种有速度传感器矢量变频器，通常采用光电码盘等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。但是，由于速度传感器的安装给***带来一些缺陷，使***的成本大大增加，精度越高的码盘价格也越贵，码盘在电机轴上的安装存在同心度的问题，安装不当将影响测速的精度，使电机的维护带来一定的困难，在恶劣的环境下，码盘工作的精度易受环境的影响。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种转子磁场定向无速度传感器矢量变频器的控制方法，旨在解决上述的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的：

采用电流和电压相结合的转子磁链估算模型以及基于异步电机数学模型的速度估算方法，可得转子磁通位置角，并送至旋转变换环节；

用霍尔电流传感器检测三相输出的两相电流ia、ib，计算出第三相电流ic＝-(ia+ib)，从而获得实时的输出电流信号，即为电机的电流信号；

为矢量控制的计算提供实时信号；

由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量iT和励磁电流分量iM，利用iMref-iM(磁通电流基准量-磁通电流)、iTref-iT(转矩电流基准量-转矩电流)所产生的电流误差经PI控制器产生VMref(磁通电压基准量)、VTref(转矩电压基准量)，经旋转变换后求出两相输出电压VDref(磁通电压基准量逆变换后电压)、VQref(转矩电压基准量逆变换后电压)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：响应有很好的动态特性和稳态精度。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是磁链位置估算模型图；

图3是速度估算模型图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

由图1可见：本发明是通过以下步骤实现的：

1.采用电流和电压相结合的转子磁链估算模型以及基于异步电机数学模型的速度估算方法，可得转子磁通位置角，并送至旋转变换环节；

2.用霍尔电流传感器检测三相输出的两相电流ia、ib，计算出第三相电流ic＝-(ia+ib)，从而获得实时的输出电流信号，即为电机的电流信号；

3.为矢量控制的计算提供实时信号；

4.由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量iT和励磁电流分量iM，利用iMref-iM(磁通电流基准量-磁通电流)、iTref-iT(转矩电流基准量-转矩电流)所产生的电流误差经PI控制器产生VMref(磁通电压基准量)、VTref(转矩电压基准量)，经旋转变换后求出两相输出电压VDref(磁通电压基准量逆变换后电压)、VQref(转矩电压基准量逆变换后电压)；

在步骤1中：所述的转子磁链估算模型是：

${\mathrm{\ψ}}_D^{d,i}=\left(\frac{L_s{L}_r-L_m^2}{L_r}\right)i_d^d+\frac{L_m}{L_r}{\mathrm{\ψ}}_d^{d,i}$

${\mathrm{\ψ}}_Q^{d,i}=\left(\frac{L_s{L}_r-L_m^2}{L_r}\right)i_q^d+\frac{L_m}{L_r}{\mathrm{\ψ}}_q^{d,i}$

式中：Ls、Lr分别为定子和转子自感(H)。

所述的速度估算方法是：

${\mathrm{\ω}}_r={\mathrm{\ω}}_s-\frac{1}{{\left({\mathrm{\ψ}}_r^d\right)}^2}\frac{L_m}{T_i}({\mathrm{\ψ}}_d^d{i}_Q^d-{\mathrm{\ψ}}_q^d{i}_D^d)$

式中：Wr、Ws分别为转子和定子磁链电角度；

Tr转子时间常数；

Lr、Lm、Rr分别为转子自感，励磁电感和转子电阻。

本发明中规定MT坐标系的M轴沿着转子磁链Ψr的方向，则MT坐标系就沿转子磁场定向，此时异步电机的电压方程为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_M\\ u_T\\ 0\\ 0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{R}_s+L_{s}P& {-\mathrm{\ω}}_s{L}_s& L_{m}P& {-\mathrm{\ω}}_s{L}_m\\ {\mathrm{\ω}}_s{L}_s& R_s+L_{s}P& {\mathrm{\ω}}_s{L}_m& L_{m}P\\ L_{m}P& 0& R_r+L_{r}P& 0\\ {\mathrm{\ω}}_f{L}_m& 0& {\mathrm{\ω}}_f{L}_r& R_r+L_{r}P\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_M\\ i_T\\ i_m\\ i_t\end{array}\right)$

由于M轴与转子磁链Ψr的方向一致，故Ψr只有M的分量，即Ψm＝Ψr；而转子磁链的T轴分量为零，即Ψt＝0。于是，磁链方程为：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_M\\ {\mathrm{\ψ}}_T\\ {\mathrm{\ψ}}_m\\ 0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{L}_s& 0& L_m& 0\\ 0& L_s& 0& L_m\\ L_m& 0& L_r& 0\\ 0& L_m& 0& L_r\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_M\\ i_T\\ i_m\\ i_t\end{array}\right)$

经运算后得到的转矩方程为：

$T_e=p_n\frac{L_m}{L_r}{\mathrm{\ψ}}_r{i}_T$

由上式可见，控制电流iT就能控制电机的电磁转矩Te，从而调节电机的转速。转子磁链方程为：

${\mathrm{\ψ}}_r={\mathrm{\ψ}}_m=L_m\frac{i_M}{1+T_{r}P}$

由上式可见，调节电流iM就能调节Ψr，当iM保持恒定不变时，Ψr就保持不变。

本发明中的转子磁链位置的估算：

在转子磁场定向的无速度传感器的异步电机控制***中，转子磁链估算是至关重要的一环。如果转子磁链估算不准确，则转子磁场定向的优点，即实现转矩和磁通的解耦控制将无法实现。根据两相旋转坐标系下异步电机的基本方程，可以得到电流型转子磁链估算模型。

${\mathrm{\ψ}}_D^{d,i}=\left(\frac{L_s{L}_r-L_m^2}{L_r}\right)i_d^d+\frac{L_m}{L_r}{\mathrm{\ψ}}_d^{d,i}$

${\mathrm{\ψ}}_Q^{d,i}=\left(\frac{L_s{L}_r-L_m^2}{L_r}\right)i_q^d+\frac{L_m}{L_r}{\mathrm{\ψ}}_q^{d,i}$

电压模型法的定子磁链是通过对转子磁通感生的电动势进行积分来获得的：

${\mathrm{\ψ}}_D^{d,v}=\∫(u_D^d-i_D^d{R}_s-u_{\mathrm{comp},D})\mathrm{dt}$

${\mathrm{\ψ}}_Q^{d,v}=\∫(u_Q^d-i_Q^d{R}_s-u_{\mathrm{comp},Q})\mathrm{dt}$

补偿电压ucomp，D、ucomp，Q通过PI调节计算得到.

在低频时，定子电压值变小，定子电阻压降的偏差对积分结果的影响增大，因此必须准确检测定子电阻，但是定子电阻会随温度变化，要十分准确地检测是比较困难的。而对于电流模型来说，电动机在高速运行，由于电机的参数的偏差，容易引起磁通振荡。所以，本***将这两种方法结合在一起，以相互弥补高频和低频的不足。其运算框图如图2所示。

本发明中的转速的估算：

根据两相静止坐标系下异步电机的基本方程，可以得到转速估算模型。本模型中电机参数值也至关重要，否则容易出现稳态误差。模型方程式为：

${\mathrm{\ω}}_r={\mathrm{\ω}}_s-\frac{1}{{\left({\mathrm{\ψ}}_r^d\right)}^2}\frac{L_m}{T_r}({\mathrm{\ψ}}_d^d{i}_Q^d-{\mathrm{\ψ}}_q^d{i}_D^d)$

速度估算模型框图如图3所示。

Claims (2)

1.一种转子磁场定向无速度传感器矢量变频器的控制方法，是通过以下步骤实现的：

(1).采用电流和电压相结合的转子磁链估算模型以及基于异步电机数学模型的速度估算方法，可得转子磁通位置角，并送至旋转变换环节；

(2).用霍尔电流传感器检测三相输出的两相电流ia、ib，计算出第三相电流ic＝-(ia+ib)，从而获得实时的输出电流信号，即为电机的电流信号；

(3).为矢量控制的计算提供实时信号；

(4).由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量和励磁电流分量，利用磁通电流、转矩电流所产生的电流误差经PI控制器产生磁通电压基准量、转矩电压基准量，经旋转变换后求出两相输出电压磁通电压基准量逆变换后电压、转矩电压基准量逆变换后电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤(1)中：所述的转子磁链估算模型是：

${\mathrm{\ψ}}_D^{d,i}=\left(\frac{L_s{L}_r-L_m^2}{L_r}\right)i_d^d+\frac{L_m}{L_r}{\mathrm{\ψ}}_d^{d,i}$

${\mathrm{\ψ}}_Q^{d,i}=\left(\frac{L_s{L}_r-L_m^2}{L_r}\right)i_q^d+\frac{L_m}{L_r}{\mathrm{\ψ}}_q^{d,i}$

式中：Ls、Lr分别为定子和转子自感(H)。

所述的速度估算方法是：

${\mathrm{\ω}}_r={\mathrm{\ω}}_s-\frac{1}{{\left({\mathrm{\ψ}}_r^d\right)}^2}\frac{L_m}{{\mathrm{\τ}}_r}({\mathrm{\ψ}}_d^d{i}_Q^d-{\mathrm{\ψ}}_q^d{i}_D^d)$

式中：Wr、Ws分别为转子和定子磁链电角度；

Tr转子时间常数；

Lr、Lm、Rr分别为转子自感，励磁电感和转子电阻。

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