[發明專利]一種控制電機的方法、設備及系統

無效

• 申請號: 201310507729.3
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103795318A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 西蒙·大衛·哈特
• 申請（專利權）人: 控制技術有限公司
• 主分類號: H02P21/02
• 分類號: H02P21/02;H02P27/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;陳煒

技術領域

本發明涉及一種控制電機的方法、設備及系統。尤其涉及（但不局限于）一種控制電機轉子轉速的方法。

背景技術

電機通常用于為各種設備的運轉提供動力，這些設備包括從極小型的機器至大型的組裝件，例如電梯（也稱為“升降機”）。在應用中，尤其是在需要恒速電機的工業應用中，最常用的電機就是同步電機。同步電機使電機軸的轉動與為電機提供動力的電網頻率同步。

通常，同步電機包含一個定子和一個轉子。定子內有多個線圈或繞組，通過這些線圈或繞組可產生電流；轉子則包含至少一對永久磁鐵。當交流電通過定子繞組時，該繞組會產生一個變化的磁場。由此可知，在一個三相電機中，當三相交流電通過相應各自的繞組時，定子將產生一個旋轉磁場。接著，這個旋轉磁場將使轉子開始旋轉，且轉子的轉速與三相交流電的頻率同步。最后，轉子和定子之間的角度將產生一個合成凈轉矩，該合成凈轉矩規定了轉子的凈旋轉運動。

為了保證轉子隨時以所需的速度在所需的方向進行凈旋轉運動，則必須控制轉子的凈轉矩。注入到定子（與轉子中的永久磁鐵相對）中繞組的電流的位置和相位，將決定定子產生的磁通量的配置。這將影響轉子中繞組產生的旋轉運動，這反過來決定了轉子的凈轉矩，繼而決定了電機的效率。

控制電機的常見方法是使用各種速度和位置傳感器監控轉子的旋轉，并調整施加至定子的電壓特性，從而控制轉子的旋轉。然而，此類方法需要進行極大量的計算且需要額外的電子組件，因而會導致系統制造成本上升。

一種有效控制電機的方法（不使用速度和位置傳感器），是利用電流閉環矢量控制方法。這種方法采用諸如信號注入等技術來確定轉子軸的位置。但是，即便這些技術不使用速度和位置傳感器，它們仍要求進行大量計算且依賴于高帶寬電流測量系統。

一種替代的控制電機的方式，尤其適用于低動態的電機應用（如泵和風機），是電流開環（OL）的方法。在OL方法中，基于所需的機械速度的曲線確定電機端子電壓。與電流閉環法相比，盡管電流開環法可在更低成本的硬件中實施，并且具有提高計算效率的優勢，但這些方法的效率仍然極低。

發明內容

本發明的實施例嘗試減輕至少一些上述問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種控制電機的方法，該電機用于驅動負載。所述電機和負載構成系統的至少一個部分。所述電機包含依據施加的交流電壓而產生變化磁場的定子，和依據所述定子產生的所述變化磁場而旋轉的轉子，所述轉子以與所述施加的交流電壓的頻率同步的速度旋轉。所述方法包含接收目標轉子速度。所述方法還包含確定所述施加的交流電壓的電壓值，當所述轉子以目標轉速旋轉時，所述交流電電壓值產生的磁場具有充足的磁通量以維持轉子與所述施加的交流電壓的所述頻率同步。所述電壓值依照所述目標轉子速度以及包含多個模型元素的系統模型確定，其中一個或多個所述模型元素表示在轉子恒速旋轉時，系統的一個或多個部件對轉子旋轉的影響；另一些模型元素表示在轉子轉速動態變化時，系統的一個或多個部件對轉子旋轉的影響。所述方法還包含向所述定子施加所述交流電壓，使其在所述確定的電壓值，并在所述目標轉子速度所需的頻率。

上述電壓值由施加到所述模型的所述目標轉子速度確定。

上述電壓值由以下公式確定：

VT=K1ω2+K2ω+K3ω·+K4ω‾+K5]]>