专利名称：无速度传感器的异步电机矢量控制变频调速方法
技术领域：
本发明涉及一种电机控制技术，特别是一种无速度传感器的异步电机矢量控制变频调速方法。
在高性能的变频调速系统中，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、环境、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系统研究与开发的主题。无速度传感器控制存在的困难是，因为受到电机的定子侧电阻值随电机温度而变化的影响，致使低速和近零速下性能不良，常出现停机或不稳定现象，另外如何估计转速亦有待于开发一种简单而又实用性强的方法。
在电压脉寛调制定子磁链定向矢量控制的变频调速系统中，如何使定子侧电阻值自适应电机温度问题，一种解决方法已由专利号ZL 00225853.6“异步电机变频调速用的定子磁链的校正器”并利用发明专利申请号01106851.5“异步电机变频调速中含有基变量的参数的观测方法”的定子磁链观测技术对定子侧电阻值自动进行设定而得到了实现。当然随着技术的发展还会出现其他种解决方法。
本发明的目的是提供一种无速度传感器的异步电机矢量控制变频调速方法。
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、直轴电流的三相/二相的同步旋转座标变换环节在内的电压脉寛调制定子磁链定向矢量控制的变频调速器的前提下，本发明的技术方案按层次分述如下给定转速值N*在加减环节10处减去转速估计值N后得转速误差，转速误差又再经过比例积分调节环节13得出横轴电流给定值IQ*，后者又在加减环节11处减去来自同步旋转座标变换环节的横轴电流实际值IQ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；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WM，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F运算环节的输入共有三个，第一个为横轴电流给定值IQ*，第二个为来自同步旋转座标变换环节的直轴电流实际值ID，第三个为定子磁链给定值ψ1*来自电位计18的中点抽头；定子磁链给定值又被分别送往变频调速器及比例环节14；电位计由控制正电压V+供电。定子磁链给定值ψ1*定向于直轴。放大系数为K1的表达式是375PMψ1*/GD2；放大系数为K2的表达式是3.1416PM/30；PM为电机磁极对数，GD2为电力拖动系统整个运动部分折算到电机轴上的飞轮惯量。
函数F1的表达式有多种，一是L1IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或是L1(1+σT2P)IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或者简化为L1IQ*/(T2ψ1*)；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。
下面结合附图对本发明进一步作详细说明。
图1为系统控制方框图。
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LA、IB和IC又被送回变频调速器。图中其余部分则如前面所述；而其比例积分调节环节13的传递函数表达式为KP(1+1/T1S)，KP为比例时间常数，T1为积分时间常数，S为复变量。
本发明的优特点如下一、转速估计部分及定子角频率的构成部分既简单而又实用。
二、低速和近零速下性能得到显著提高。
三、经计算机大量仿真证明，对飞轮惯量数值的准确性，其要求并不严格。
四、由于定子侧电阻值已能自适应电机温度变化而进行自动设定，如果将转子电阻也参照定子侧电阻自动设定的变化规律按比例折算设定，则又能提高低速区的转速精度。
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。
权利要求
1.一种异步电机的变频调速方法，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、直轴电流的三相/二相的同步旋转座标变换环节在内的电压脉寛调制定子磁链定向矢量控制的变频调速器，其特征在于给定转速值(N*)在加减环节(10)处减去转速估计值(N)后得转速误差，转速误差又再经过比例积分调节环节(13)得出横轴电流给定值(IQ*)，后者又在加减环节(11)处减去来自同步旋转座标变换环节的横轴电流实际值(IQ)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；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(WM)，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，第一个为横轴电流给定值(IQ*)，第二个为来自同步旋转座标变换环节的直轴电流实际值(ID)，第三个为定子磁链给定值(ψ1*)来自电位计(18)的中点抽头；定子磁链给定值又被分别送往变频调速器及比例环节(14)；电位计由控制正电压V+供电，定子磁链给定值(ψ1*)定向于直轴。
2.根据权利要求1所述的变频调速方法，其特征在于放大系数为K1的表达式是375PMψ1*/GD2；放大系数为K2的表达式是3.1416PM/30；PM为电机磁极对数，GD2为电力拖动系统整个运动部分折算到电机轴上的飞轮惯量。
3.根据权利要求1所述的变频调速方法，其特征在于函数(F1)的表达式是L1IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或是L1(1+σT2P)IQ*/(T2(ψ1*-σL1ID))，或者简化为L1IQ*/(T2ψ1*)；T2＝L2/R2，σ＝l-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。
全文摘要
本发明“无速度传感器的异步电机矢量控制变频调速方法”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和具有转速估计功能；转速估计部分既简单而又实用且低速和近零速下的性能得到显著提高。如果将转子电阻也参照定子侧电阻自动设定的变化规律按比例折算设定，则又能提高低速区的转速精度。
文档编号H02P21/00GK1482732SQ02114389
公开日2004年3月17日 申请日期2002年9月9日 优先权日2002年9月9日
发明者卢骥, 卢 骥 申请人:卢骥, 卢 骥