[發明專利]矢量控制感應電機的制動方法、控制裝置和存儲媒體

有效

• 申請號: 00124169.9
• 申請日: 2000-08-18
• 公開（公告）號: CN1285652A
• 公開（公告）日: 2001-02-28
• 發明（設計）人: 蔣金生;約阿希姆·霍爾茲
• 申請（專利權）人: 約阿希姆·霍爾茲;WEG自動化有限公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P5/408
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王茂華

本發明涉及所謂的感應電機的矢量或磁場定向控制，更確切地說，該發明涉及一種矢量控制感應電機的制動方法。本發明還涉及實現這種方法的控制裝置和存儲用于實現這種方法的程序的存儲媒體。

為了改變感應電動機的轉速，通常需要有一個可變頻率和電壓的多相交流電源。因為，感應電動機速度的高低主要是由電源的頻率所決定，電動機內部磁通的大小取決于電源的電壓幅值。正如圖1和參考文獻“Power?Electronics?and?Variable?Frequency?Drives.Edited?by?Bimal?K．Bose，IEEE?Press，1996，pp.211”所示，這樣的交流電源一般是采用電子式DC-AC變頻器從直流電源而得到。在圖1中，直流母線電容器10表示一個直流電源，它是從三相交流電網電源(圖1中被省略)經過三相整流器12整流得到的。標號16代表感應電機，簡單地由其定子繞組表示。一般采用電解電容器作為直流母線電容器10，而且容量較大，以便能夠保持直流母線電壓u_d穩定和為流過變頻器14的快速變化的負載電流提供通路。由于晶體二極管的成本比較低，所以二極管橋被優選作為整流器12。但是，用二極管整流器只允許能量從電網流向母線電容器，而不可能向交流電網回饋功率。如果一個交流拖動系統具有四象限運行的能力，感應電機制動時就會有能量流向直流母線電容器，這樣，直流母線電壓就會升高，以致超過正常值，所以必須采取措施吸收由制動而產生的回饋能量，以免直流母線電壓過度升高。吸收這種回饋能量最常用的方法是采用一個與直流母線電容器10并聯的開關電阻(未示出)，即斬波器和功率電阻。為此，就必須另外增加電力電子和控制電子器件，從而導致成本上升，系統可靠性降低。

眾所周知，電動機和變頻器運行時都有一定的損耗，所以，可以采取一定的措施利用交流電動機的損耗來吸收大部分回饋能量和變頻器的損耗來吸收其小部分，從而避免了使用開關電阻或任何其它消耗上述回饋能量的硬件，達到降低成本的目的。為了幫助理解諸如此類消耗能量的方法的工作原理，首先有必要討論一下，感應電動機有哪些種類的損耗和怎樣才能利用這些損耗來吸收和消耗電機制動時的回饋能量。

為了確定利用感應電機本身損耗來消耗回饋能量的可能性，首先必須清楚地定義出電機內部的各種損耗。在電機能量流程圖2中列出了這些損耗。一個三相交流電機的輸入功率可以由公式(1)來表示：

P_elec=3V₁I₁cosψ???????????????????????????(1)

其中：

V₁是電機相電壓有效值，

I₁是電機相電流有效值

cosψ是電機功率因數。

電機的定子和轉子都會產生損耗。定子的損耗有下列幾點：

1．定子繞組的銅耗P_cu，s，其大小和定子電流I_s的平方成正比：

P_cu，s=3I_s²R_s????????????????????????????????(2)

其中，R_s為任意一相定子繞組的電阻。

2．定子鐵芯的鐵耗P_Fe，s，它包括鐵芯的磁滯損耗和鐵芯的渦流損耗，其大小取決于定子磁通幅值和定子電流的頻率f_s。

電機輸入功率P_elec減去定子銅耗P_cu，s和鐵耗P_Fe，s所剩下的稱為氣隙功率P_ag，它是通過電機氣隙傳到轉子的功率。其中一部分又將會作為銅耗和轉子鐵耗被消耗在轉子中。它們分別是：

3．轉子繞組的銅耗P_{cu，r，}其大小和轉子電流I_r的平方成正比：P_cu，r=3I_r²R_r?????????????????????????????(3)

其中，R_r為任意一相轉子繞組的電阻。

4．轉子鐵芯的鐵耗P_Fe，r，它包括鐵芯的磁滯損耗和鐵芯的渦流損耗，其大小取決于轉子磁通幅值和轉子電流的頻率f_r。在正常的運行狀態下，轉子電流的頻率f_r很低，因此，實際上可忽略不計。