CN101944875A - 双馈电机的转子位置与速度测量方法及控制装置 - Google Patents

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邓先明
谭国俊
何凤有
张晓�
胡堃
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Abstract

一种双馈电机的转子位置与速度测量方法及控制装置，属于双馈电机的测量方法及控制装置。方法为：在双馈电机转子一相绕组中注入高频励磁信号，电机转子的位置改变，转子绕组所产生的高频脉振磁势在定子绕组中产生的高频电流信号幅值也随之改变，将测量出的转子位置及转速信号反馈给控制器，控制器根据给定信号就可以对双馈电机的转速进行准确地控制。优点：在有刷式双馈电机中不使用机械速度传感器，利用双馈电机本身的机械结构和其中的电磁关系，使用转子一相绕组注入高频电压信号的方法，直接准确地测量出转子的位置和速度，达到了良好的控制效果，简化了***的组成，提高了***的可靠性及速度控制的准确性。

Description

双馈电机的转子位置与速度测量方法及控制装置
技术领域
本发明涉及一种双馈电机的测量方法及控制装置，特别是一种双馈电机的转子位置与速度测量方法及控制装置。
背景技术
在高性能的双馈电机矢量控制***中，转子位置和速度的闭环控制环节一般是必不可少的。基于速度传感器的控制***，采用光电码盘、测速发电机等机械速度传感器来进行电机速度检测，并反馈转速信号。这些***对转子位置的检测能力较差，同时机械速度传感器存在安装问题，并且增加了***的维护工作量。
目前的无速度传感器控制***，利用检测电机定子电压、电流等物理量，结合转子磁路的不对称性进行位置和速度估计以取代机械传感器。该***解决了机械速度传感器带来的问题，降低了***成本，但是目前的估算方法对电机参数的依赖性强，而且计算和控制比有机械速度传感器***复杂，响应较慢，低速动态响应特性较差。
发明内容
本发明的目的是要提供一种：双馈电机的转子位置与速度测量方法及控制装置，解决双馈电机速度闭环控制***硬件结构复杂的问题，同时提高控制***的可靠性和准确性。
本发明的目的是这样实现的：本发明解决双馈电机的转子位置与速度测量的技术方案有测量方法和控制装置：
测量方法为：
a、***控制器一方面控制转子功率变换器为双馈电机转子绕组供电，另一方面通过转子功率变换器在一相转子绕组中叠加频率为fH的高频励磁信号，双馈电机定子三相绕组中产生频率为fH的电流信号；
b、利用电流互感器检测双馈电机定子三相绕组中含有频率为fH高频分量的电流信号，将该电流信号通过信号滤波器进行滤波，信号滤波器分离电流互感器检测出的频率为fH的高频电流信号和基波电流信号；
c、双馈电机定子三相绕组中频率为fH的高频信号与转子角度θ成余弦关系，双馈电机转子速度nr是转子角度θ对时间的导数，对频率为fH的高频电流信号进行处理，即可得到转子的位置信号与电机的转速信号；
d、将测出的转子的位置信号与电机的转速信号经过采样电路送至***控制器，***控制器将其与给定信号进行比较，从而发出控制信号对转子功率变换器进行控制；
e、转子功率变换器依据***控制器所发出的控制信号改变其输出，从而实现可靠准确地控制电机的转速。
控制装置为：
双馈电机的转子绕组经过转子电流互感器连接至转子功率变换器，再通过变压器连接至三相交流电网；转子功率变换器连接***控制器；双馈电机定子绕组经过电流互感器连接至电网，电压互感器与定子绕组并联；电流互感器连接至信号滤波器；电压互感器、信号滤波器和转子电流互感器都与采样电路连接，采样电路的输出端与***控制器的输入端连接；***控制器的另一输入端与速度等信号给定电路连接。
有益效果：由于采用了上述方案，不采用机械速度传感器装置，利用双馈电机本身的机械结构和其中的电磁关系，使用转子一相绕组注入高频电压信号的方法，直接准确地测量出转子的位置和速度，达到了良好的控制效果，简化了***的组成，提高了***的可靠性及速度控制的准确性。
解决了双馈电机速度闭环控制***硬件结构复杂的问题，提高了控制***的可靠性和准确性，达到了本发明的目的。
优点：在有刷式双馈电机中不使用机械速度传感器，利用双馈电机本身的电磁结构，采用转子注入高频信号的方法直接测出电机的转速，简化了***结构，增强了***的可靠性，提高了速度控制的准确性。
附图说明
图1为双馈电机转子位置与速度测量原理图；
图2为双馈电机转子位置与速度测量及控制***图。
图中：1、电流互感器；2、电压互感器；3、定子绕组；4、定子铁心；5、转子铁心；6、转子绕组；7、转子电流互感器；8、转子功率变换器；9、变压器；10、采样电路；11、信号滤波器；12、***控制器；13、速度等信号给定电路。
具体实施方式
实施例1：对双馈电机的转子位置与速度测量的测量方法为：
a、***控制器12一方面控制转子功率变换器8为双馈电机转子绕组6供电，另一方面通过转子功率变换器8在一相转子绕组中叠加频率为fH的高频励磁信号，双馈电机定子三相绕组中产生频率为fH的电流信号；
b、利用电流互感器1检测双馈电机定子三相绕组中含有频率为fH高频分量的电流信号，将该电流信号通过信号滤波器11进行滤波，信号滤波器11分离电流互感器1检测出的频率为fH的高频电流信号和基波电流信号；
c、双馈电机定子三相绕组中频率为fH的高频信号与转子角度θ成余弦关系，双馈电机转子速度nr是转子角度θ对时间的导数，对频率为fH的高频电流信号进行处理，即可得到转子的位置信号与电机的转速信号；
d、将测出的转子的位置信号与电机的转速信号经过采样电路10送至***控制器12，***控制器12将其与给定信号进行比较，从而发出控制信号对转子功率变换器8进行控制；
e、转子功率变换器8依据***控制器12所发出的控制信号改变其输出，从而实现可靠准确地控制电机的转速。
实现双馈电机的转子位置与速度测量的测量方法的控制装置为：双馈电机的转子绕组6经过转子电流互感器7连接至转子功率变换器8，再通过变压器9连接至三相交流电网；转子功率变换器8连接***控制器12，转子功率变换器8采用常规的功率变换器，***控制器12采用常规的控制器；双馈电机定子绕组3经过电流互感器1连接至电网，电压互感器2与定子绕组3并联；电流互感器1连接至信号滤波器11，信号滤波器11采用常规的信号滤波器；电压互感器2、信号滤波器11和转子电流互感器7都与采样电路10连接，采样电路10采用目前常规的采用电路，采样电路10的输出端与***控制器12的输入端连接；***控制器12的另一输入端与速度等信号给定电路13连接，速度等信号给定电路13为常规电路。
本发明的双馈电机转子位置与速度测量原理：
利用***控制器12，控制转子功率变换器8，为双馈电机转子绕组6供电。为了检测转子位置和速度，需要在电机转子ur相绕组中施加频率为fH的高频电压励磁信号，因此转子功率变换器8在输出正常励磁电压的同时，还要叠加一个高频电压urH输出。
定义电机定子U相绕组的相轴为U轴，转子ur相绕组的相轴为ur轴，二者的空间夹角的电角度为θ。如果电机极对数为P，则U轴与ur轴夹角的机械角度θr与电角度θ的关系为：
θ＝P×θr                           (1)
当转子ur相绕组施加高频励磁信号时，会在ur轴产生高频脉振磁场，其幅值所在位置会随转子位置的变化而移动。当ur轴与定子U相绕组相轴(即U轴)的空间夹角的电角度为0时，定子U相绕组感应的频率为fH的高频电势信号为EH；若ur轴与定子U轴的空间夹角的电角度为θ，ur轴高频脉振磁场在定子三相绕组(U相、V相和W相)中感应频率为fH的高频电势信号(EUH、EVH和EWH)，它们的大小为：
当定子绕组加三相工频电压双馈运行时，定子绕组中频率为fH的高频电流信号(IUH、IVH和IWH)的大小为：
Figure BSA00000282207800042
可见，定子相绕组中产生的频率为fH的高频信号与定转子空间夹角的电角度θ成余弦关系，通过检测定子绕组高频电势或电流信号，就可以直接测量出转子位置角θ。
将测量出的转子位置角进行对时间t的导数计算，并结合式(1)，就可以计算出转子的转速nr为：
n r = 9.55 P × dθ dt - - - ( 4 )
将测量出的转子位置和速度信号反馈给***控制器12，就构成双馈电机的速度闭环控制***，可以对双馈电机的速度进行准确的控制。
本发明的双馈电机的转子位置与速度测量及控制的一个具体方法为：
在双馈电机的转子ur相绕组中注入一个频率为1000Hz的高频电压励磁信号，该高频电压励磁信号将在双馈电机定子绕组3中产生出与转子位置θ成余弦关系的频率为1000Hz高频信号。利用电流互感器1测量双馈电机定子绕组3上包含1000Hz高频分量的电流信号，将该信号通过信号滤波器11，即可获得双馈电机的转子位置信号与转速信号，***控制器12根据反馈来的信号，将其与速度等信号给定电路13的给定信号进行比较，从而发出适当的控制信号。转子功率变换器8依据***控制器12所发出的控制信号改变其输出，从而可靠、准确地控制双馈电机的转速。

Claims (2)

1.一种双馈电机的转子位置与速度测量方法，其特征是：测量方法为：
a、***控制器一方面控制转子功率变换器为双馈电机转子绕组供电，另一方面通过转子功率变换器在一相转子绕组中叠加频率为fH的高频励磁信号，双馈电机定子三相绕组中产生频率为fH的电流信号；
b、利用电流互感器检测双馈电机定子三相绕组中含有频率为fH高频分量的电流信号，将该电流信号通过信号滤波器进行滤波，信号滤波器分离电流互感器检测出的频率为fH的高频电流信号和基波电流信号；
c、双馈电机定子三相绕组中频率为fH的高频信号与转子角度θ成余弦关系，双馈电机转子速度nr是转子角度θ对时间的导数，对频率为fH的高频电流信号进行处理，即可得到转子的位置信号与电机的转速信号；
d、将测出的转子的位置信号与电机的转速信号经过采样电路送至***控制器，***控制器将其与给定信号进行比较，从而发出控制信号对转子功率变换器进行控制；
e、转子功率变换器依据***控制器所发出的控制信号改变其输出，从而实现可靠准确地控制电机的转速。
2.一种实现双馈电机的转子位置与速度测量方法的控制装置，其特征是：控制装置为：双馈电机的转子绕组经过转子电流互感器连接至转子功率变换器，再通过变压器连接至三相交流电网；转子功率变换器连接***控制器；双馈电机定子绕组经过电流互感器连接至电网，电压互感器与定子绕组并联；电流互感器连接至信号滤波器；电压互感器、信号滤波器和转子电流互感器都与采样电路连接，采样电路的输出端与***控制器的输入端连接；***控制器的另一输入端与速度等信号给定电路连接。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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