[發(fā)明專利]無傳感器矢量控制設備及其方法

有效

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• 申請日: 2001-08-18
• 公開（公告）號: CN1339870A
• 公開（公告）日: 2002-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 羅承昊
• 申請（專利權）人: LG產電株式會社
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 王志森

???????????????1.技術領域

本發(fā)明涉及一種矢量控制設備，尤其涉及無傳感器矢量控制設備和方法，用于控制感應電動機的變速運轉和速度。

??????????????2.背景技術

通常，由于與直流電動機相比感應電動機比較難于控制，因此感應電動機主要用于恒速運轉。然而，隨著矢量控制理論的引入和高性能的中央處理器(CPU)或數(shù)字信號處理器(DSP)的發(fā)展，可以控制感應電動機做變速運轉。

矢量控制理論是這樣一種方法，其中以120°間隔輸入的三相交流電(“a”相、“b”相、“c”相)按直軸和90°間隔的橫軸分解(轉換)，將它們的大小控制為需要的值并將其恢復(反轉換)為三相電，由此控制三相交流電。這個方法主要用于控制感應電動機。

為了對感應電動機進行矢量控制，需要感應電動機的速度信息或磁通信息。為了檢測速度信息或磁通信息，需要速度傳感器或磁通傳感器，諸如速度計、解析器(resolver)或脈沖編碼器。

然而，由于傳感器包括電子電路，因此，由于電子電路的使用溫度范圍、速度傳感器和變流器(inverter)之間信號接線費用大，使具有傳感器的感應電動機受到局限。

而且盡管可以安裝速度傳感器，由于感應電動機與速度傳感器之間的連接部分禁受不起沖擊，出于設備可靠性考慮最好避免使用傳感器。

因此，近來，提出了關于沒有速度傳感器的無傳感器矢量控制設備的各種感應電動機速度估算方法。其中，將基于模型參考自適應系統(tǒng)、自適應觀察器的方法(即，一種獨立于主控制系統(tǒng)的估算速度或者轉差頻率的方法)用作考慮速度估算穩(wěn)定性的高速運算方法，將高頻注入(high?frequencyinjection)方法用作低速算法方法。

圖1是依照常規(guī)技術的速度控制設備的示意方框圖，其依照電壓轉換頻率的方法提供同步速度。

如圖1所示，常規(guī)的速度控制設備包括：角速度發(fā)生器1，它接收使用者輸入的命令頻率(F)，將其轉換為施加給電機的電機角速度(We)并輸出；電壓發(fā)生器2，它接收命令頻率(F)，依照電壓對頻率的比率(V/F比率)生成電壓并輸出；和變流器(inverter)3，它通過利用從角速度發(fā)生器1輸出的電機角速度(We)和從電壓發(fā)生器2輸出的電壓控制感應電動機(IM)的速度。

現(xiàn)在來解釋按上面的描述結構的常規(guī)速度控制設備的工作情況。

通常，在工業(yè)現(xiàn)場，不需要速度檢測裝置，相反，普遍使用的是簡單控制的可變電壓可變頻率(VVVF)方法的普通變流器。

為了恒定保持感應電動機的磁通，普通變流器恒定控制變流器輸出電壓和輸出頻率之間比率(V/F＝常數(shù))，且通過改變輸出頻率來控制旋轉磁場的同步速度(rpm(每分鐘轉數(shù)))。

同步速度(rpm)＝120*F/P-------------------------------(1)其中“P”表示定子繞組的磁極數(shù)目，而“F”表示定子繞組流動的電流的命令頻率。

同時，用于獲取輸入電壓的感應電動機的電壓(Vs)如下所示。

Vs＝Rs*Is+(Lls+Lm)*dIs/dt----------------------------(2)其中“Rs”表示定子電阻，“Is”表示感應電動機的輸入電流，“Lls”表示定子漏磁電抗，而“Lm”表示激磁電抗。

在忽略公式(2)中感應電動機的定子電阻(Rs)的情況下，

Vs＝(Lls+Lm)*dIs/dt----------------------------------(3)

通常，與公式(3)中的激磁電抗(Lm)相比，定子漏磁電抗(Lls)較小。因此，通過公式(4)計算公式(3)：

Vs＝Lm*dIs/dt＝We*Lm*Is＝2πF*φ-----------------------------(4)

在公式(4)中，因為Vs/F＝2π*φ，因此通過恒定地提供Vs/F比率可恒定地保持磁通以控制電機。

因此，當確定了命令頻率(F)時，可將其轉換為同步速度(We＝2πF)并施加給感應電動機。此時，為了恒定地保持感應電動機的磁通，生成一個確使V/F比率恒定的相應于命令頻率(F)的電壓，且將其輸出到變流器。

然后，變流器利用同步速度(We)和電壓生成三相電壓，并且把它們提供給感應電動機(IM)。即，假設恒定地提供V/F比率，由于恒定地保持磁通，因此可以控制感應電動機。