[發明專利]用于調節異步電機的轉矩的方法

有效

• 申請號: 201380027136.5
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN104335480B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: M·格拉斯爾
• 申請（專利權）人: 沃伊斯渦輪機有限公司
• 主分類號: H02P21/06
• 分類號: H02P21/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 俄旨淳

技術領域

本發明涉及一種用于調節異步電機的轉矩的方法。

背景技術

通過逆變器運行的異步電機通常按磁場定向控制的原理來調節。磁場定向控制的基本思路已知在于，在與磁通共同旋轉的坐標系內考察電機，所述坐標系在磁通上定向。定子電流此時可以分解成沿磁通方向的形成磁場的電流分量和垂直于磁通方向的形成轉矩的電流分量。由轉矩和磁通的額定值可以確定形成轉矩和形成磁場的電流分量的相應的額定值。在最簡單的情況下，對于每個電流分量的分別利用一個比例積分(PI)控制器分別確定相對于旋轉場固定的坐板系中的待調整的電壓空間矢量。通過坐標轉換信息計算相對于定子固定的坐標系中的待調整的電壓空間矢量并利用合適的脈沖調制方法由此確定用于逆變器的三個半橋控制信號。除了計算形成磁場和形成轉矩的額定電流分量，確定異步電機中實際的磁通在實現磁場定向的調節中也具有非常重要的意義。由于無法實現對磁通進行直接的、可靠的并且對干擾不敏感的測量，采用所謂的磁通模型，以便由所測得的電流和施加在電機上的電壓計算磁通或在調節技術上對其進行觀察。

在具體的實施方面，存在磁場定向控制的不同的實現類型。原則上既可以在轉子磁通上也可以在定子磁通上進行磁場定向。對于第一個方案得到較為簡單的公式，從而通常優選選擇在轉子磁通上的磁場定向。

由EP 674 381A1已知一種用于對異步電機進行轉矩調節的方法，所述方法在定子磁通上定向并利用脈沖寬度調制在圓形軌道上引導定子磁通。這種方法基于這樣的磁通模型，所述磁通模型由所測得的電流和所施加的電壓在相對于定子固定的坐標系中考察定子磁通和轉子磁通。所述調節在定子磁通上定向并且確定指向定子磁通的方向的電壓分量和垂直于該電壓分量的電壓分量。在最簡單的實施形式中，指向定子磁通的方向的電壓分量直接由起磁場控制器作用的PI控制器的輸出確定，實際的定子磁通值與其額定值之間的控制誤差輸送給PI控制器。直接由另一個起轉矩調節器作用的PI控制器的輸出確定垂直電壓分量，將實際的轉子磁通值與其額定值之間的控制誤差輸送給PI控制器。這樣確定的定子電壓空間矢量轉換到相對于定子固定的坐標系中并利用脈沖寬度調制法在電機的端子上輸入通過對控制器輸出的預控制，使PI控制器靜態和動態地卸荷，從而所述PI控制器最終僅承擔這樣的任務，即在預控制中調節修正存留的誤差。轉子頻率額定值這樣限定，使得一方面定子電流保持限定在允許的值(電流極值)，另一方面異步電機不會失步(失步保護)。

由公開文獻DE 103 36 068 A1已知一種用于有控制地輸入整流器供電的旋轉磁場電機的定子電流和轉矩的磁場定向的方法。這里在轉子磁通上定向的坐標系中由轉矩額定值和轉子磁通額定值確定形成磁場和轉矩的電流分量以及確定定子圓頻率，其中，一個磁通模型確定為此所需的轉子磁通實際值。利用電流分量和電機參數替代定子電壓空間矢量計算所謂的端子磁通額度值，所述端子磁通額定值給出由逆變器輸入的電壓-時間面積(即端子電壓的積分)。在脈沖模式發生器中現在借助于離線存儲的優化的磁通軌道曲線將由端子磁通額定值規定的磁通軌道曲線輸入電機中。由此獲得對定子電流相對于轉子磁通的位置的瞬時值定向的調節，由此，對旋轉場電機的電機電流和轉矩進行靜態和動態的精確控制。所述方法將直接切換式方法的高的調節動態與離線優化的脈沖模式優化的靜態特性結合起來。

這些已知的方法的共同之處在于，這些方法為了確定轉子磁通的位置而采用了一種磁通模型，所述磁通模型由電壓模型和電流模型組成，所述方法由所測得的電流和逆變器輸入的電壓計算出轉子磁通和定子磁通，這通常在相對于定子固定的坐標系中進行。這里通過調節器在相對于旋轉場固定的坐標系中計算由逆變器輸入的電壓或電壓-時間面積。這些方法基于反饋調節，其中為了實現動態的卸荷可以基于反轉的電機模型預先控制調節器。因此對于所測得的電流空間矢量以及調節參數矢量都需要相對于旋轉場固定的和相對于定子固定的坐標系之間的坐標轉換，這需要附加的計算時間。反饋調節盡管具有這樣的優點，即能夠通過調節補償電機模型中或電機模型參數化中的誤差并隱藏所述誤差。但同時由此模型誤差僅能非常困難地識別。

發明內容

由此出發，本發明的目的是，給出一種用于在相對于定子固定的坐標系內控制異步電機的轉矩的方法，而不采用已知的基于電壓和電流模型的磁通模型。這里，盡管如此仍能實現轉矩調節的高的轉矩動態和精度。