[發明專利]一種工礦電機車的分段轉差控制方法

無效

• 申請號: 201310011795.1
• 申請日: 2013-01-12
• 公開（公告）號: CN103078585A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 杜貴平;徐偉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02P23/08
• 分類號: H02P23/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及工礦電機車控制技術領域，具體涉及一種工礦電機車的分段轉差控制方法。

背景技術

目前，工礦場合使用的電機車多采用直流電機牽引，但直流電機具有結構復雜，有換向器火花，體積大，價格高，高速有限，維護困難等諸多不足，因此，以感應電機為主體的交流變頻調速系統將逐步取代傳統直流牽引系統，成為工礦電機車牽引控制系統的主力。

感應電機變頻調速方法主要包括恒壓頻比控制、轉差頻率控制、矢量控制以及直接轉矩控制。恒壓頻比控制由于轉速開環，因此轉速響應速度慢，精度低，抗負載擾動能力差，且低速時由于轉子電阻壓降的影響，輸出轉矩明顯減小；轉差頻率控制具有良好的轉速響應和抗擾能力，但用于維持轉子磁通恒定的定子電流是轉差頻率的非線性函數，求解困難，不利于工程應用；以上兩者中的任何一種均不具備大啟動轉矩的優點，不適宜單獨用在工礦電機車的牽引控制中；矢量控制涉及復雜的坐標變換運算，磁場定向很難做到精準，而且控制系統涉及多個容易變化的電機參數，嚴重影響控制性能；直接轉矩控制分別對磁鏈和轉矩進行調節，通過切換電壓矢量實現轉矩的控制，但由于采用了砰砰控制，使直接轉矩控制的抗擾能力和低速性能不佳，轉矩脈動大。后兩者在工程實現過程中均會遇到多種難題，具體實現方法有待改善。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有方法的不足，提出一種容易實現，調速精度高，啟動轉矩大，抗負載擾動能力強，適用于工礦電機車實際運行環境和特殊工作狀態的工礦電機車的分段轉差控制方法。

本發明可通過以下技術方法實現：

一種工礦電機車的分段轉差控制方法，其包括轉速檢測環節、轉差控制環節、V/F控制環節、SPWM環節和逆變環節；所述轉速檢測環節是對電機的轉速進行檢測；所述轉差控制環節利用上述轉速檢測環節得到的轉速和給定轉速對轉差頻率進行分段優化處理；所述V/F控制環節完成輸出頻率和輸出電壓的計算，其中輸出頻率由轉差頻率和轉子旋轉角頻率相加得到，所述轉子旋轉角頻率由電機轉速進行單位換算后得到，輸出電壓V_OUT=V_額定*f/50，其中V_額定為額定輸出電壓，f為當前輸出頻率，50為額定最大輸出頻率；所述SPWM環節實現逆變環節各開關管驅動信號占空比的計算，占空比T_on=V_OUT*sina*T_PWM/U，其中sina為各相電壓當前相位角對應的正弦值，T_PWM為PWM開關周期，U為載波信號的幅值；所述逆變環節通過三相H橋六管逆變電路實現，三相H橋六管逆變電路根據SPWM環節得到的各開關管驅動信號占空比將直流電轉換為電機所需的三相交流電，實現對工礦電機車的分段轉差控制。

進一步的，所述轉速檢測環節采用增量式光電編碼盤對電機的轉速進行檢測。?

進一步的，所述轉差頻率的分段優化處理由以下分段函數實現：

其中ω_s為轉差頻率，，R₂為轉子電阻，L₂為轉子電感，n*為給定轉速，n為實際轉速，a為修正系數，其值為9.55。

進一步的，所述三相H橋六管逆變電路由IGBT構成。

該方法結合恒壓頻比控制和轉差頻率控制的優點，采用恒定壓頻比的方法維持轉子磁通恒定，引入轉差頻率控制，并對轉差頻率控制環節進行分段優化處理，使系統具有最大啟動轉矩。

上述轉差頻率的分段優化處理由的分段函數中，ω_max的推導過程如下：

感應電機轉矩表達式可寫為：