[發明專利]在AC感應式電機中轉子時間常量在線識別的系統及方法

有效

• 申請號: 201480047264.0
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN105474532B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 王凱;姚文熙;李華強;呂征宇
• 申請（專利權）人: 伊頓公司
• 主分類號: H02P21/16
• 分類號: H02P21/16;H02P21/28
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

本發明公開了一種用于確定AC感應式電機的轉子時間常量的系統以及方法。在感應式電機的運行期間，磁通信號被插入到轉子磁通命令，以便生成時變轉子磁通。電壓?電流磁通觀測器確定由時變轉子磁通生成的轉子磁通變量的幅度，轉子磁通變量的幅度包括基于電壓?電流磁通觀測器的電流模型的轉子磁通變量的幅度以及基于電壓?電流磁通觀測器的合并的電壓?電流模型的轉子磁通變量的幅度。然后基于確定的轉子磁通變量的幅度估計感應式電機的轉子時間常量。

技術領域

本申請一般涉及AC感應式電機，并且更具體地，涉及用于確定AC感應式電機的轉子時間常量的系統及方法。

背景技術

電機(例如AC感應式電機)消耗所產生的電容量中的很大比例。用戶該工業“重負荷機器(workhorse)”的許多應用為風扇和泵工業應用。例如，在典型的綜合造紙廠中，低電壓以及中電壓電機可包括全部驅動電負載的近70％。由于這些電機在工業中的盛行，電機可靠并有效地運行是重要的。電機管理系統通常需要電機設計參數和性能參數，以優化電機的控制和運行。類似地，電機狀態監測使得電機能夠可靠地運行，并且許多電機狀態監測技術尋求特定的電機設計參數和性能參數以優化電機的性能。

一種有助于優化感應式電機的控制和運行的此類電機性能參數為轉子時間常量(轉子電阻)，其對速度估計(在速度無傳感器感應式電機控制中)的穩態誤差以及動態調整性能有著極大的影響。即，轉子時間常量的精確知識對于去耦接控制和速度估計二者均是必需的。然而，轉子時間常量難以識別，尤其當速度傳感器不可用/集成在感應式電機和/或電機控制系統中時。即，將意識到當感應式電機以穩定狀態工作時，同時估計速度和轉子時間常量(轉子電阻)在理論上不可行，以及僅當磁通大小隨時間周期變化時，可實現速度和轉子時間常量的同時估計。

已經采用各種現有技術來估計轉子時間常量。一種此類現有技術使用瞬態過程期間的轉子磁通變量以及最小平方策略來完成所有速度下的轉子電阻在線更新。然而，此類瞬態過程在一些工業應用中不常出現，并且最小平方策略極大的增加了計算負擔，使得程序更加復雜。另一已知現有技術在高速期間利用瞬態過程來識別轉子電阻并且在低速期間與定子電阻的變化成比例地補償轉子電阻。該方法在一些應用中同樣受到限制，由于缺少電機運行期間的瞬態過程并且基于定子電阻的熱偏移可能與轉子電阻的熱偏移不相同的事實，因此在低速期間補償轉子電阻時可能存在一些誤差。

用于估計轉子時間常量的另一已知方法提取由逆變器的脈沖寬度調制(PWM)引起的電壓和電流動態高頻小信號，以識別轉子時間常量。然而，該方法的局限在于需要精確的傳感器以檢測頻率極高的小信號，并且需要捕捉高頻信息的更快的AD轉換器。此外，該方法的變化采用積分運算或者高階微分運算，二者可進一步導致更多誤差。

用于估計轉子時間常量的又一已知方法從始終存在的MRAS誤差的信號抖動中提取所需的信息。然而，系統的始終存在的小信號極難捕捉。用于估計轉子時間常量的再一已知方法利用基于神經網絡和模糊控制的轉子時間常量的在線識別算法。然而，此類方法需要大量計算并且程序相當復雜。

最后，用于估計轉子時間常量的其它已知方法提出基于信號插入的在線更新算法。一種此類方法基于全階磁通觀測器來識別轉子電阻，并且使用導致具有較差精度的復雜計算的迭代方法。另一相似方法再次基于全階磁通觀測器識別轉子電阻，但是需要具有兩個不同頻率的小信號，這增加了實現的難度并可能受到速度變化的影響。另一此類信號插入方法基于需要大量計算的改進的最小平方方法(固定跟蹤方法)。又一此類信號插入方法運行而無需小信號的微分運算，但是識別表達太復雜并需要大量計算。在該方法中，插入的信號頻率也必須仔細地選擇，必須設計合理的帶通濾波器，并且在識別轉子時間常量中除以零是不可避免的，這極大地降低了精度。

因此，期望設計一種系統及方法，所述系統及方法提供用于轉子速度和轉子時間常量的同時估計。進一步期望提供在無負載或者滿負載兩種條件下具有高精度的該估計的此類系統和方法，僅利用測量信號的幅度而無需考慮相位漂移(從而避免在過零點除以零)并通過實施更少計算負擔同時仍提供精確估計結果的算法來執行該估計。