CN1797936A

CN1797936A - 无速度传感器异步电机变频调速的转矩控制方法

Info

Publication number: CN1797936A
Application number: CNA2004100470709A
Authority: CN
Inventors: 卢骥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-07-05

Abstract

本发明“无速度传感器异步电机变频调速的转矩控制方法”为一种电机控制技术。含有与基变量有关的电机定子侧电阻自适应电机温度变化的环节，并具有十分简单而又实用的转矩控制功能，能方便地升降速；又由于定子磁链得到有效的利用，故起动转矩高，且起动电流小，从而使变频器的电流容量大为减少和产品成本显著降低；另外转子时间常数T₂值的变化对转矩控制所产生的影响可以忽略不计。适用于各式轨道或公路电动车辆和其它类同负载的交流传动。

Description

无速度传感器异步电机变频调速的转矩控制方法

本发明涉及一种电机控制技术，特别是一种无速度传感器异步电机变频调速的转矩控制方法。

在高性能的变频调速***中，为了达到较高的动、静态性能，速度传感器是必不可少的，但由于成本、使用环境及可靠性等限制，许多场合又不宜安装速度传感器，因而近期以来无速度传感器控制一直是变频调速***研究与开发的主题。而在某些负载(例如各式轨道或公路电动车辆)的交流传动中，出现一种对无速度传感器异步电机变频调速的转矩控制方法的需求。

在异步电机变频调速中，最重要的问题是如何将电机磁链保持在给定值上而不受电机运行温度变化的影响，具体来说就是不受定子电阻R₁与转子时间常数T₂随温度而变化的影响，但数十年以来为了实现此要求仍是困难多多。

在电压脉寛调制定子磁链定向矢量控制(为了便于分析，通常将定子磁链给定值ψ₁ ^*定向于直轴D)的变频调速***中，已由专利号ZL02223487.X“高性能变频调速器”提供了一种解决方法，其中以专利号ZL 00225853.6“异步电机变频调速用的定子磁链的校正器”作基础并利用发明专利号01106851.5“异步电机变频调速中含有基变量的参数的观测方法”的定子磁链观测式(与基变量有关)而对定子侧电阻值进行自校正或自设定亦即自适应电机温度变化而得到了实现，从而进入了定子磁链定向矢量控制工况并能将定子磁链保持在所给定值上。在所述情况下，R₁正是定子磁链闭环自校正的对象以达到将电机定子磁链值保持在给定值上的目的，而且即使T₂大范围变化也不会对上述自校正过程带来影响，从而排除了电机运行温度变化的影响，首次解决了长期以来所存在的难题，其中定子磁链观测式的基变量Z起到了关键作用。既能在无速度传感器下运行，又能获得很高的起动转矩且起动电流小，从而使变频器的电流容量大为减少和产品成本显著降低。

本发明的目的是：提供一种无速度传感器异步电机变频调速的转矩控制方法。

在包括含有与基变量有关的电机定子侧电阻自适应电机温度变化的环节及横轴电流实际值I_Q、直轴电流实际值I_D的三相/二相的同步旋转坐标变换环节在内的电压脉寛调制(正弦波电压脉寛调制或电压空间矢量脉寛调制等等)定子磁链定向矢量控制的变频调速器00的前提下，本发明的技术方案按层次分述如下：

转矩电流即横轴电流给定值I_Q ^**经过正负限幅环节10后的I_Q ^*在加减环节11处减去来自同步旋转坐标变换环节的横轴电流实际值I_Q后得电流误差，电流误差再经放大系数为K₁的比例环节14及积分环节15，最后得出转速估计值N；转速估计值经放大系数为K₂的比例环节16后为转速角频率W_M，转速角频率又在加减环节12处与来自函数F₁运算环节17所输出的转差角频率W₂相加而得出定子角频率W₁并被送往变频调速器00；函数F₁运算环节的输入共有三个，第一个为I_Q ^**经过正负限幅环节10后的I_Q ^*，第二个为来自同步旋转坐标变换环节的直轴电流实际值I_D，第三个为定子磁链给定值ψ₁ ^*；定子磁链给定值ψ₁ ^*又被分别送往变频调速器及比例环节14；定子磁链给定值ψ₁ ^*定向于直轴D；当用软件实施时，比例环节(14)及(16)则用乘法环节来实现。

在现有技术中：当电机转速小于或等于电机额定转速(或基速)时，定子磁链给定值ψ₁ ^*为常数；如要扩大到电机转速大于电机额定转速(或基速)区域，则定子磁链给定值ψ₁ ^*常来自以电机定子角频率为自变量的函数发生器的输出而非常数，以实现弱磁控制。

放大系数为K₁的表达式是375P_M ψ₁ ^*/GD²；放大系数为K₂的表达式是3.1416P_M/30；P_M为电机磁极对数，GD²为设定的飞轮惯量。

函数(F₁)的表达式有多种，一是L₁ I_Q ^*/(T₂(ψ₁ ^*-σL₁ I_D))，或是L₁(1+σT₂P)I_Q ^*/(T₂(ψ₁ ^*-σL₁ I_D))，或进一步简化是L₁ I_Q ^*/(T₂ψ₁ ^*)，或再进一步简化是I_Q ^*×0(但这会使***反应速度降低)；T₂＝L₂/R₂，σ＝1-M²/(L₁ L₂)；T₂为转子时间常数，σ为漏磁系数，L₁、L₂、M及R₂分别为电机的定子绕组自感、转子绕组自感、定转子绕组间互感及转子电阻，均归算到电机的定子侧；P为微分符号；函数F₁表达式的运算结果即为转差角频率W₂并向外输出。

下面结合附图对本发明进一步作详细说明。

图1为***控制方框图。

在图1中，变频调速器00输出的VA、VB和VC三相电压送往异步电机01，并在每条输出线上设有电流传感器A、B和C，其分别检测出的电流IA、IB和IC又被送回变频调速器，以供产生横轴电流实际值I_Q及直轴电流实际值I_D的三相/二相的同步旋转坐标变换环节之用。图中其余部分则如前面所述。

本发明的优特点如下：

一、转矩控制十分简单而又实用：当I_Q ^*大于负载转矩(折合成电流值)时，电机转速上升；当I_Q ^*小于负载转矩(折合成电流值)时，电机转速下降；当I_Q ^*等于负载转矩(折合成电流值)时，电机进入稳速状态。

二、由于定子磁链得到有效的利用，故起动转矩高，且起动电流小，从而使变频器的电流容量大为减少和产品成本显著降低。

三、当I_Q ^*为负值时，电机能进入再生制动运行状态。

四、经计算机大量***明：所设定的飞轮惯量与电力拖动***整个转动部分所折算到电机轴上的实际飞轮惯量这二者之间允许有相当大的范围出入；另外转子时间常数T₂值常随电机运行温度而变化，但其对转矩控制所产生的影响可以忽略不计。

五、如IA+IB+IC＝0条件得到满足，则图1中可只设二个电流传感器。

六、如遇到电源短时中断情况，可降低I_Q ^*值，以使电机转速亦即定子角频率下降到某一预定值，等候检测到电源恢复后再提高I_Q ^*值以恢复正常运行。

Claims

1、一种无速度传感器异步电机变频调速的转矩控制方法，包括含有与基变量有关的电机定子侧电阻自适应电机温度变化的环节及横轴电流实际值I_Q、直轴电流实际值I_D的三相/二相的同步旋转坐标变换环节在内的电压脉寬调制定子磁链定向矢量控制的变频调速器(00)，其特征在于：转矩电流即横轴电流给定值I_Q ^**经过正负限幅环节(10)后的I_Q ^*在加减环节(11)处减去来自同步旋转坐标变换环节的横轴电流实际值I_Q后得电流误差，电流误差再经放大系数为K₁的比例环节(14)及积分环节(15)，最后得出转速估计值N；转速估计值经放大系数为K₂的比例环节(16)后为转速角频率W_M，转速角频率又在加减环节(12)处与来自函数F₁运算环节(17)所输出的转差角频率W₂相加而得出定子角频率W₁并被送往变频调速器(00)；函数F₁运算环节的输入共有三个，第一个为I_Q ^**经过正负限幅环节(10)后的I_Q ^*，第二个为来自同步旋转坐标变换环节的直轴电流实际值I_D，第三个为定子磁链给定值ψ₁ ^*；定子磁链给定值ψ₁ ^*又被分别送往变频调速器及比例环节(14)；定子磁链给定值ψ₁ ^*定向于直轴D；当用软件实施时，比例环节(14)及(16)则用乘法环节来实现。

2、根据权利要求1所述的转矩控制方法，其特征在于：定子磁链给定值ψ₁ ^*为常数，也有的来自以电机定子角频率为自变量的函数发生器的输出而非常数。

3、根据权利要求1所述的转矩控制方法，其特征在于：放大系数为K₁的表达式是375P_Mψ₁ ^*/GD²；放大系数为K₂的表达式是3.1416P_M/30；P_M为电机磁极对数，GD²为设定的飞轮惯量。

4、根据权利要求1所述的转矩控制方法，其特征在于：

函数F₁的表达式有多种，一是L₁I_Q ^*/(T₂(ψ₁ ^*-σL₁I_D))，或是L₁(1+σT₂P)I_Q ^*/(T₂(ψ₁ ^*-σL₁I_D))，或进一步简化是L₁I_Q ^*/(T₂ψ₁ ^*)，或再进一步简化是I_Q ^*×0；T₂＝L₂/R₂，σ＝1-M²/(L₁L₂)；T₂为转子时间常数，σ为漏磁系数，L₁、L₂、M及R₂分别为电机的定子绕组自感、转子绕组自感、定转子绕组间互感及转子电阻，均归算到电机的定子侧；P为微分符号；函数F₁表达式的运算结果即为转差角频率W₂并向外输出。