[發明專利]感應電機的轉差頻率控制方法及裝置

在審

• 申請號: 201710390844.5
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107154766A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 牛劍博;李巖;詹哲軍;張瑞峰;李東
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: H02P23/08
• 分類號: H02P23/08;H02P27/08;H02P25/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及感應電機的控制，具體為感應電機的轉差頻率控制方法及裝置。

背景技術

圖1所示，為感應電機傳統的轉差頻率控制方法。控制系統所需的轉速信號分別由編碼器得到，ω*為給定轉速，ω_r為反饋回來的轉子轉速，ω*與ω_r之差作為轉速調節器ASR的輸入，經過轉速調節器ASR的PI調節控制后輸出為轉差頻率ω_s*。將ω_s*與ω_r之和作為定子頻率ω₁，一方面定子頻率ω₁送入脈寬調制模塊(空間矢量脈寬調制模塊SVPWM，或者正弦脈寬調制模塊SPWM)通過旋轉角度計算得到轉子位置角θ，另一方面定子頻率ω₁經過VF曲線模塊得到調制比M。最后通過脈寬調制模塊PWM輸出六路PWM信號供給逆變器工作，逆變器輸出將直流母線電壓U_dc以PWM波的形式將電壓施加到感應電機上。

感應電機的轉速調節歸根到底為對電磁轉矩的調節，恒磁通控制方式下的轉矩公式可寫為：

其中，L_r、R_r為轉子電阻和轉子電感，n_p為感應電機極對數，ω₁為磁場同步旋轉角速度ω₁＝2πf₁，f₁為同步頻率，s為轉差率。

進一步，將E₁＝4.44f₁﹒N_s﹒k_Ns﹒ψ_m代入上式可得：

其中，N_s為電機相繞組匝數，k_Ns為電機繞組常數，ψ_m為電機主磁通。

進一步，令ω_s＝sω₁，C＝1.5n_p(N_s﹒k_Ns﹒ψ_m)²，現對轉矩表達式進行求導，令其結果等于零，即：

進一步，求解可以得到最大啟動轉矩對應的轉差頻率ω_smax，即：

當ω_s滿足此條件時，電機具有最大啟動轉矩。當ω_s<ω_smax時，電磁轉矩Te與轉差頻率ω_s成正比關系；當ω_s>ω_smax時，為了保證啟動轉矩不超過感應電機設計最大值，轉差頻率ω_s被限幅為ω_smax。

圖1所示的感應電機轉差頻率控制方法存在低速啟動時輸出轉矩不足的缺點。

發明內容

本發明解決現有的感應電機轉差頻率控制方法低速啟動時輸出轉矩不足的問題，提供一種感應電機的轉差頻率控制方法及裝置。該控制方法及裝置可實現感應電機最大轉矩啟動。

本發明是采用如下技術方案實現的：感應電機的轉差頻率控制方法，包括給定一個給定轉速ω*，采集反饋回來的轉子轉速ω_r，給定轉速ω*與反饋回來的轉子轉速ω_r之差作為轉速控制器的輸入，經過轉速控制器的調節控制后輸出轉差頻率ω_s*；將轉差頻率ω_s*與反饋回來的轉子轉速ω_r之和作為定子頻率ω₁，一方面定子頻率ω₁送入脈寬調制模塊PWM，另一方面定子頻率ω₁經過VF曲線模塊得到調制比M(并送入脈寬調制模塊PWM)；最后通過脈寬調制模塊PWM輸出六路PWM信號供給逆變器工作；所述的轉速控制器采用免疫控制器。

免疫控制器至少在以下兩篇文獻中有詳細的介紹：1、《免疫PID控制器在汽溫控制系統中的應用研究》，中國電機工程學報，第22卷第10期，2002年10月，談英姿等。2、《免疫內模控制及其在過熱汽溫系統的應用》，電力自動化設備，第30卷第9期，2010年9月，袁桂麗等。