專利名稱:用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制的轉(zhuǎn)矩確定的制作方法
本發(fā)明一般來說，是關(guān)于以直流電源通過換流器驅(qū)動(dòng)一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，確定電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的。
人們知道，當(dāng)以直流電源驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，輸給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率符合以下關(guān)系輸入功率＝直流電壓×直流電流 (1)其中的直流電壓和直流電流測(cè)量起來十分方便。
電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于其輸入功率減去電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中全部功率損失，而電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩可以寫成下式輸出轉(zhuǎn)矩＝ (輸入功率-功率損失)/(換流器頻率) (2)其中不包括轉(zhuǎn)子損失。
利用公式2，把一個(gè)輸出轉(zhuǎn)矩傳感器裝在電動(dòng)機(jī)軸上以測(cè)量輸出轉(zhuǎn)矩，當(dāng)已知輸入功率，就能用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的功率損失。
但是，在很多種電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，并不希望在電動(dòng)機(jī)軸上裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量輸出轉(zhuǎn)矩。
另一種用以測(cè)定設(shè)備功率損失的先有技術(shù)，要求測(cè)知電動(dòng)機(jī)的交流電壓和交流電流。對(duì)于一個(gè)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，要求測(cè)知所有的三相電壓和所有的三相電流?；蛘咧粶y(cè)知兩相的電壓和兩相的電流并根據(jù)這些已知參數(shù)導(dǎo)出第三相的電壓和電流。但當(dāng)電動(dòng)機(jī)的變化的頻率下運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。
本發(fā)明提供一個(gè)確定交流電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的方法，使用已知的直流輸入電壓和直流輸入電流。在此過程中，可以使用兩種方法，或是通過查預(yù)先制訂的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系表來確定電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。或是按照選定的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，運(yùn)用電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，以確定電動(dòng)機(jī)的功率損失，然后定出電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，而不去實(shí)際測(cè)量電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，也不測(cè)量電動(dòng)機(jī)交流電壓或電動(dòng)機(jī)交流電流。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方案將參看后面的附圖用實(shí)例加以說明。
圖1表示先有技術(shù)中，用直流電源通過換流器，驅(qū)動(dòng)一個(gè)三相交流電動(dòng)機(jī)。
圖2表示另一先有技術(shù)中，用一個(gè)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)車輛沿軌道運(yùn)動(dòng)。
圖3示意性表示本發(fā)明用以控制一個(gè)三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩反饋確定裝置。
圖4A，4B，4C，4D表示一個(gè)流程圖，用以確定圖3中的轉(zhuǎn)矩反饋，其方法是使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型。
圖5A，5B，5C表示一個(gè)流程圖，根據(jù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速關(guān)系表用以求出待確定的轉(zhuǎn)矩反饋。
圖6是示意表示按照本發(fā)明，為控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)配備的換流器和制動(dòng)裝置。
圖7表示說明先有技術(shù)GTO(Gate Turn On控制門接通開關(guān))接通時(shí)的電流信息。
圖8表示說明先有技術(shù)GTO斷開時(shí)的電流信息。
圖1表示一種用在三相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制裝置上的先有技術(shù)，其中包括一個(gè)直流電源10，給一個(gè)換流器12供電，化為三相交流電后供給交流電動(dòng)機(jī)14，該電動(dòng)機(jī)與一個(gè)負(fù)載16相連，該負(fù)載可以是一個(gè)運(yùn)輸車。一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器18與交流電動(dòng)機(jī)14的輸出軸相連，用以測(cè)知輸送給負(fù)載16的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩37。功率控制器26(也叫作車輛控制器)的輸入信號(hào)是來自運(yùn)輸車司機(jī)的加速指令24和運(yùn)輸車的重量28，以及運(yùn)輸車車輪直徑31。功率控制器26產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩指令30，以使交流電動(dòng)機(jī)14產(chǎn)生所要求的轉(zhuǎn)矩以使運(yùn)輸車16按照加速指令24規(guī)定的加速度進(jìn)行加速，沖動(dòng)限制器24收到轉(zhuǎn)矩指令30并對(duì)其加以限制，以提供一個(gè)在沖動(dòng)上受到限制的轉(zhuǎn)矩指令22，并輸給電動(dòng)機(jī)控制器20。電動(dòng)機(jī)控制器20產(chǎn)生GTO起動(dòng)脈沖38給換流器12，以使轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)37與在沖動(dòng)上受限制的轉(zhuǎn)矩指令22相配合。
在圖2中畫有若干個(gè)在軌道17上行駛的運(yùn)輸車16。電源10通過一根第三軌道19和集電器21而與每輛車16上所載的換流器12相通。電動(dòng)機(jī)14與車的主動(dòng)輪相連以推動(dòng)車輛16沿軌道17運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)矩傳感器18與電動(dòng)機(jī)14相連，以提供轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)37給電動(dòng)機(jī)控制器20。
在圖3中畫有一個(gè)適合本發(fā)明應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)控制裝置，用以控制一個(gè)三相交流電動(dòng)機(jī)，例如一個(gè)推動(dòng)載運(yùn)大量旅客車輛的電動(dòng)機(jī)，車輛司機(jī)能向功率控制器26提供車輛加速指令。該指令在權(quán)衡車重和車輪直徑之后，就轉(zhuǎn)換成一個(gè)轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)30，并傳給一個(gè)信號(hào)限制器32以避免產(chǎn)生不合理的轉(zhuǎn)矩指令。備有一個(gè)突沖限制器34，使其按照所希望的沖動(dòng)率36產(chǎn)生在沖動(dòng)上受到限制的轉(zhuǎn)矩指令22，為的是不讓乘客受到?jīng)_動(dòng)，一個(gè)轉(zhuǎn)矩反饋測(cè)定裝置38對(duì)轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)40進(jìn)行核對(duì)，其方法是，根據(jù)電源10提供的直流電壓43和直流電流44測(cè)量系統(tǒng)輸入功率，還根據(jù)換流器頻率48、合成方式50，以及與推進(jìn)電動(dòng)機(jī)14相連的一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)54提供的轉(zhuǎn)速信號(hào)52，對(duì)電動(dòng)機(jī)14的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估計(jì)。轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)40通往一個(gè)求和器58的負(fù)值輸入端，而在沖動(dòng)上受限的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)22則通往求和器58的正值輸入端。信號(hào)40和信號(hào)22在求和器58中進(jìn)行比較。比較結(jié)果所得的轉(zhuǎn)矩誤差信號(hào)60通往一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制器62。來自司機(jī)的車輛控制起動(dòng)信號(hào)64能使推進(jìn)電動(dòng)機(jī)14轉(zhuǎn)或不轉(zhuǎn)。其他為測(cè)定轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)所需的輸入信號(hào)是直流線路電壓43和換流器的合成模式50，電動(dòng)機(jī)控制器62輸出制動(dòng)用閘流晶體管起動(dòng)信號(hào)68，指令制動(dòng)角70，指令換流器頻率48和指令換流器電壓百分?jǐn)?shù)74，將這些信號(hào)都是給換流器和制動(dòng)合成裝置76的，該裝置另外還有一個(gè)控制狀態(tài)信號(hào)78作為其輸入和輸出信號(hào)，以向電動(dòng)機(jī)控制器62和轉(zhuǎn)矩反饋測(cè)定裝置38提供合成模式信號(hào)50，當(dāng)電動(dòng)機(jī)14處于制動(dòng)狀態(tài)并同時(shí)受到變壓器制動(dòng)電路80供給的額外電壓時(shí)，控制狀態(tài)信號(hào)78就起作用，以保持合成模式處在六步方式中，并防止變到準(zhǔn)六步方式或PWM(Pulse Width Modulation脈沖寬度調(diào)制)方式中去，換流器和制動(dòng)合成裝置76將換流器GTO起動(dòng)脈沖82輸給換流器12，將制動(dòng)GTO起動(dòng)脈沖86輸給制動(dòng)電路80，在動(dòng)力推進(jìn)和在制動(dòng)中，換流器12都對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而當(dāng)需要比基本轉(zhuǎn)速運(yùn)行更大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，就使制動(dòng)電路80發(fā)揮其對(duì)電動(dòng)機(jī)14的作用。
在圖4A、4B、4C和4D中，畫有一個(gè)流程圖，用以根據(jù)電動(dòng)機(jī)14可提供的功率和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以確定轉(zhuǎn)矩反饋。若轉(zhuǎn)速計(jì)頻率52低于12赫茲，則用一個(gè)查表格，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。若轉(zhuǎn)速計(jì)頻率在14.5赫茲以上，則認(rèn)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是若干個(gè)可求功率損失的函數(shù)。這些功率損失包括定子損失，摩擦扇風(fēng)損失，以及其他類似損失，計(jì)算中，用輸入功率減去這些損失之和，再除以換流器頻率，就得出電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，如公式(2)所示。轉(zhuǎn)子電流損失不包括在內(nèi)。在12赫茲和14.5赫茲之間，可用上述同樣計(jì)算法來計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，為的是有一個(gè)磁滯帶供穩(wěn)定控制之用。
對(duì)有關(guān)圖4A中的方框100，輸入功率是以直流線電壓乘以直流線電流來計(jì)算的。輸入功率可正可負(fù)，取決于是否電動(dòng)機(jī)正在再生制動(dòng)或是正在從電力線上吸取電流。在方框102中，要判斷出與速率表有關(guān)的轉(zhuǎn)矩，在上一次是否曾被用來計(jì)算轉(zhuǎn)矩。這些轉(zhuǎn)矩查表表格已經(jīng)數(shù)字化和經(jīng)驗(yàn)化了，并作為輸入功率和選定的速度增量的函數(shù)，把低于14.5赫茲的低速運(yùn)行部分的函數(shù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，因?yàn)樵诘退龠\(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩和輸入功率不是直線關(guān)系。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在12赫茲以上時(shí)，計(jì)算功率損失的模式是令人滿意的。由于這個(gè)緣故，方框102對(duì)之進(jìn)行核查，以確定是否程序已經(jīng)在用查表法。如果答復(fù)是肯定的，則在方框104中作一次核查，以確定是否轉(zhuǎn)速計(jì)頻率52大于14.5赫茲。如果方框102中答復(fù)是否定的，則在方框106中，作一次核查，以確定是否轉(zhuǎn)速計(jì)頻率52小于或等于12赫茲。如果方框104中的答案是否定的，或是在方框106中的答案是肯定的，則查表法程序就轉(zhuǎn)移到方框108。如果方框104中的答案是肯定的，或方框106中的答案是否定的，則在方框109的功率損失計(jì)算法就在方框110中開始應(yīng)用。在這里設(shè)置一個(gè)特征，以標(biāo)志正在使用功率損失計(jì)算法，因而在下一次經(jīng)過該程序時(shí)，應(yīng)取適當(dāng)途徑以核查是否查表法應(yīng)不應(yīng)當(dāng)使用。在方框112中，為了計(jì)算系統(tǒng)中的功率損失，需要知道電動(dòng)機(jī)均方根(RMS)值電流，并將電動(dòng)機(jī)電流作為一個(gè)參量的函數(shù)來加以確定。這個(gè)參量就是滑左乘以穿過電動(dòng)機(jī)的電壓，除以電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)電壓，該設(shè)計(jì)電壓是根據(jù)等于常數(shù)的每赫茲伏數(shù)比值求出來的。一個(gè)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的典型實(shí)例中每赫茲伏數(shù)比值是9.33。例如在100赫茲和電壓與頻率比等于9.33時(shí)，電動(dòng)機(jī)在這種運(yùn)行情況下約需要933伏線至線的電壓。電壓為600伏的直流電源只能供給饋給電動(dòng)機(jī)約468伏的線至線電壓。這兩個(gè)電壓之比就是用以確定電動(dòng)機(jī)電流的乘數(shù)因子?；詈瘮?shù)由一個(gè)在這方面預(yù)先制訂的查表表格來提供。該表格可以用人所共知的電動(dòng)機(jī)模型與加在電動(dòng)機(jī)上正弦波電壓的關(guān)系來建立。對(duì)于某個(gè)給定的電動(dòng)機(jī)滑差，在假定電動(dòng)機(jī)溫度保持不變的條件下，有著某一特定的電動(dòng)機(jī)電流，在方框114中，換流器開關(guān)裝置的導(dǎo)通損失也要加以計(jì)算，不論其合成與開關(guān)方式為何，可使用同一公式。導(dǎo)通損失可用下式表示導(dǎo)通損失＝4.05×電動(dòng)機(jī)電流 (3)在方框116中，進(jìn)行開關(guān)損失的計(jì)算，用第一個(gè)公式計(jì)算在PWM(脈沖寬度調(diào)制)或準(zhǔn)六步中的開關(guān)損失。這里的平均開關(guān)頻率是400赫茲。載波頻率為400赫茲的開關(guān)損失為開關(guān)損失＝312+1.2×電動(dòng)機(jī)電流 (4)
在六步作業(yè)中的開關(guān)損失是比較小的，因?yàn)槠骄_關(guān)頻率不是400赫茲，因此開關(guān)損失可按照以下關(guān)系計(jì)算六步的開關(guān)損失＝0.009×電動(dòng)機(jī)電流×換流器頻率 (5)在方框118中，計(jì)算緩沖電路的能量損失。這種損失是跨接在GTO開關(guān)裝置兩端的緩沖電路中的能量損失，即緩沖電路充電放電中的電阻損失和電容損失。在PWM或準(zhǔn)六步作業(yè)中，緩沖電路損失可按下式計(jì)算緩沖電路損失＝〔(1.0×10-5×V2)+(1.35×105×I2)〕×F (6)其中V是直流線電壓，I是電動(dòng)機(jī)電流，F(xiàn)是開關(guān)頻率。對(duì)于PWM和準(zhǔn)六步來說，可使F的平均值等于400赫茲，對(duì)于六步作業(yè)來說，緩沖電路損失為緩沖電路損失＝〔(6.0×10-6×V2)+(5.3×10-5×I2)〕×F (7)在方框120中，計(jì)算換流器的損失，這個(gè)損失等于導(dǎo)電損失、開關(guān)損失和緩沖損失之和。
現(xiàn)在，如圖4B所示，有必要計(jì)算電動(dòng)機(jī)的損失。首先在方框定子電阻損失＝3×定子電阻×(電動(dòng)機(jī)電流)2(8)這是定子三個(gè)繞組的I2R損失。在方框124中，計(jì)算在電壓不變但頻率變化下的鐵心損失。在這里仍然用電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)電壓。以電動(dòng)機(jī)14為例，該電動(dòng)機(jī)有著45赫茲的基本轉(zhuǎn)速和等于9.33伏每赫茲的常數(shù)電壓比。在第一鐵心損失公式中的參數(shù)可按下式計(jì)算鐵心損失＝1864× (換流器頻率)/45 (9)對(duì)于六步運(yùn)行方式，在整個(gè)頻率范圍不存在所希望的電壓處，是在常量伏特以上運(yùn)行，則鐵心損失公式由下式給出鐵心損失＝1.162 (電動(dòng)機(jī)電壓)/(換流器頻率) 1.6×換流器頻率(10)受控電動(dòng)機(jī)的雜散損失，可在方框126中，利用先有技術(shù)中的公式進(jìn)行計(jì)算，即雜散損失＝2.12×電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 (11)
其中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩就是先前算得的轉(zhuǎn)矩。
在方框128中進(jìn)行諧波損失的計(jì)算，在計(jì)算中使用一系列表格和公式。為諧波損失建立一個(gè)精確的損失模型是極其困難的。因此，采用一個(gè)簡化的方法以計(jì)算諧波損失，以求得一個(gè)近似值。當(dāng)計(jì)算諧波損失時(shí)，先要建立微處理機(jī)要用的表格和公式。為此，要使交流電動(dòng)機(jī)在實(shí)驗(yàn)室條件下，在不同的轉(zhuǎn)速和載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)。在每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)上，要測(cè)量換流器輸入功率，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，以及電動(dòng)機(jī)均方根(RMS)值電流。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，就可以用有關(guān)公式，進(jìn)行除了諧波損失以外的所有其他損失的計(jì)算。電動(dòng)機(jī)輸出功率可自電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與換流器頻率的乘和導(dǎo)出。從輸入功率中減去這一輸出功率就得到下余的損失，這個(gè)下余損失應(yīng)當(dāng)近似等于諧波損失，只要導(dǎo)出的損失公式有合理的精度。在所有運(yùn)行點(diǎn)上估計(jì)出來的諧調(diào)損失經(jīng)過整理編排，最后制成表格和公式，以使微處理機(jī)能將其用于諧波損失的計(jì)算。
對(duì)于某一交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，諧波損失數(shù)據(jù)的編排整理?？梢詾槊總€(gè)波形合成技術(shù)提供表格。每種這樣的表格將空載下的諧波損失與一個(gè)運(yùn)行參數(shù)相關(guān)連。對(duì)于PWM合成方式，表格將損失表示為換流器頻率的函數(shù)。對(duì)于準(zhǔn)六步合成方式，損失表示成指令電壓百分率的函數(shù)。對(duì)于六步合成運(yùn)行，損失被表為換流器頻率的函數(shù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)有某一轉(zhuǎn)矩時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，諧波損失量便增大了。找到下列公式能在整個(gè)電動(dòng)機(jī)滿載荷范圍內(nèi)，近似地表示諧波損失諧波損失＝1+ (滑差頻率)/(額定滑差頻率) ×1.2×表格值 (11A)
在方框128中，進(jìn)行合成方式的核對(duì)。根據(jù)采用的合成方式，選用三個(gè)表格中的一個(gè)，以取得電動(dòng)機(jī)在類似運(yùn)行情況但無載荷時(shí)的諧波損失。只用該表格值和滑差頻率以及額定滑差頻率就可按公式(11A)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的諧波損失。
在方框130中，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)損失的計(jì)算，這個(gè)損失是作為下列各項(xiàng)之和而求出的，即定子損失，鐵心損失，雜散損失和諧波損失。
在方框132中，進(jìn)行扇風(fēng)損失計(jì)算。扇風(fēng)損失由兩部分組成，一部分是軸風(fēng)扇損失。另一部分是轉(zhuǎn)子扇風(fēng)損失。轉(zhuǎn)子風(fēng)損在一個(gè)四極電動(dòng)機(jī)中，可用下列公式計(jì)算扇風(fēng)損失＝599×( (每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM))/1800 )3(12)其中的1800是電動(dòng)機(jī)的基本頻率。在這一基本頻率下。扇風(fēng)損失是599瓦。在方框134中，進(jìn)行轉(zhuǎn)子摩擦損失和電動(dòng)機(jī)14用風(fēng)扇的摩擦損失，可用下列公式進(jìn)行計(jì)算摩擦損失＝ (104×(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)))/1800 (13)其中的104瓦，人們知道是在1800轉(zhuǎn)/分的基本速度下的摩擦損失，同時(shí)假定在這個(gè)基本速度下，摩擦損失與速度成正比。在方框136中，進(jìn)行摩擦與扇風(fēng)損失之和的計(jì)算。這就是在方框132和134中求出的損失之和。
在方框138中，進(jìn)行一次核對(duì)?？纯词欠裨谥苿?dòng)電路80中的變壓器沒有被短路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)14在六步方式中作變壓器制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，情況就會(huì)是這樣的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)未作變壓器制動(dòng)運(yùn)行，在方框140中，用下列公式為閘流晶體管求出制動(dòng)損失制動(dòng)損失＝4.05×電動(dòng)機(jī)電流 (14)若有變壓器制動(dòng)，則在方框142中，計(jì)算變壓器制動(dòng)損失。
變壓器制動(dòng)損失包括以下各項(xiàng)，即緩沖電路和GTO開關(guān)損失，GTO和線路二極管導(dǎo)通損失、二極管橋路損失、變壓器電阻損失，以及變壓器鐵心損失。以上各項(xiàng)損失按照?qǐng)D4C給出的各個(gè)方框133，135，137，139和141規(guī)定的公式一一加以計(jì)算。在方框144中，進(jìn)行功率損失的計(jì)算。功率損失是以下各項(xiàng)之和，即方框130求出的電動(dòng)機(jī)損失，方框136中求出的摩擦扇風(fēng)損失，方框140或142中求出的制動(dòng)損失，以及在方框120中求出的換流器損失，在方框146中，進(jìn)行修正功率的計(jì)算，這個(gè)功率也就是可傳功率。等于輸入功率或方框100算得的功率，減去方框144算得的功率損失。在方框148中，使轉(zhuǎn)矩反饋TEF等于修正功率除以換流器頻率(即可傳功率除以定子頻率)。由于除法運(yùn)算是在方框148中進(jìn)行的，而除法運(yùn)算當(dāng)換流器頻率很小時(shí)會(huì)造成溢出情況，因此要在方框150中確定有無溢出情況發(fā)生。若寄存器發(fā)生溢出，其結(jié)果就是錯(cuò)誤的，因?yàn)橹皇墙Y(jié)果的較低部分仍留在寄存器中，而最重要的信息卻丟失了。這樣，在方框152中就要作一次核對(duì)，看看轉(zhuǎn)矩是正的還是負(fù)的。若轉(zhuǎn)矩是負(fù)的，電動(dòng)機(jī)是在制動(dòng)運(yùn)行方式中。若轉(zhuǎn)矩是正的，電動(dòng)機(jī)是在功率運(yùn)行方式中發(fā)生轉(zhuǎn)矩。若轉(zhuǎn)矩是正的，則在方框154中將其固定于最大正轉(zhuǎn)矩。若轉(zhuǎn)矩是負(fù)的，則在方框156中將其固定于最大負(fù)轉(zhuǎn)矩。以這種方法進(jìn)行保護(hù)，以防在有限位數(shù)的計(jì)算中發(fā)生錯(cuò)誤，然后進(jìn)行一次返回復(fù)位。
在圖4A所示程序方框108中，調(diào)入圖5A所示的叫作表格法的程序。在方框160中，設(shè)定一個(gè)標(biāo)志運(yùn)行正在使用轉(zhuǎn)矩表格，在方框162中，進(jìn)行一次核對(duì)，看看轉(zhuǎn)速計(jì)頻率52是否是小于零，以斷定運(yùn)行是否朝著負(fù)方向進(jìn)行，若情況果然如此，則幾個(gè)運(yùn)算就跳過不作了。當(dāng)車輛處于向前起動(dòng)的回滾運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦制動(dòng)器被松開，并以開環(huán)動(dòng)力供給電動(dòng)機(jī)，以使車輛向前運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)頻率52可能小于零。若轉(zhuǎn)速計(jì)頻率52是負(fù)的，程序就過渡到方框164。在方框164中，根據(jù)預(yù)定的滑差進(jìn)行一次轉(zhuǎn)矩的開環(huán)計(jì)算。若在方框162中察知轉(zhuǎn)速計(jì)頻率大于零，則在方框166中進(jìn)行一次核對(duì)，看看受限的沖動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令22是否小于零。在制動(dòng)運(yùn)行方式下，情況是應(yīng)當(dāng)如此的。如果情況確是如此，則在方框168中進(jìn)行一次核對(duì)，看看轉(zhuǎn)速計(jì)頻率52是否小于一個(gè)最低的頻率值。對(duì)于這一最低頻率，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是能加以計(jì)算的，同時(shí)，表格法也是可以應(yīng)用的。對(duì)于一個(gè)運(yùn)貨車運(yùn)行在很低的轉(zhuǎn)速計(jì)頻率下，通常希望對(duì)車輛施加摩擦制動(dòng)。
若轉(zhuǎn)速計(jì)頻率高于方框168中的最低頻率，而且制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算是必需的。程序就去到方框170，在這里，設(shè)一個(gè)參數(shù)A，使其等于轉(zhuǎn)速計(jì)頻率，在其中使一個(gè)數(shù)位等于1/64赫茲。在方框172中，設(shè)一個(gè)參數(shù)B，使其等于A的整數(shù)部分，這是用64除A得來的。只要A等于0至63中任一個(gè)數(shù)，結(jié)果就是一個(gè)整數(shù)值0。只要A是64到127中的任一數(shù)，結(jié)果就是一個(gè)整數(shù)值1，其他以此類推，在方框174中，設(shè)一個(gè)參數(shù)C，使其等于一個(gè)區(qū)間距。這個(gè)區(qū)間距起自第一個(gè)表格的始點(diǎn)，直到對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速計(jì)頻率整數(shù)部分的表格的始點(diǎn)。由于每一個(gè)表有32個(gè)列值，在方框174中，用32乘整數(shù)值B，就能選到所要的表格。若整數(shù)值為零，就是第一個(gè)表格。若整數(shù)值是1，將其乘以32就得出地址32。這就是第二個(gè)表格的起點(diǎn)地址。其他以此類推。在方框176中，確定一個(gè)參數(shù)D，作法是將第一個(gè)表格的起點(diǎn)地址加到參數(shù)C上，而C就是那個(gè)表格的區(qū)間距。如果第一個(gè)表格從零點(diǎn)開始，參數(shù)C就是該表格的起點(diǎn)地址。但是由于第一表格可以自其他某個(gè)地方開始，把區(qū)間距加到第一表格的始點(diǎn)地址，就得到一個(gè)指針D指向所需表格的始點(diǎn)地址。在方框178中，調(diào)入轉(zhuǎn)矩計(jì)算表程序。這一例行程序使用選定的表格，并從表格中取回一個(gè)轉(zhuǎn)矩值，該轉(zhuǎn)矩值在方框180中被定為E并稱為轉(zhuǎn)矩低值。在方框180中被定為E并稱為轉(zhuǎn)矩低值。在方框182中，設(shè)一個(gè)參數(shù)F，使其等于D加32，把32加到待用表格的頂部地址，是為了啟用F一個(gè)表格。在方框184中，再一次調(diào)入轉(zhuǎn)矩計(jì)算表程序，在方框186中，求出轉(zhuǎn)矩高值G。這樣，參數(shù)E給出等于轉(zhuǎn)速計(jì)頻率整數(shù)部分的某個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩低值，而參數(shù)G則給出等于1加轉(zhuǎn)速計(jì)頻率整數(shù)部分的較高頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩高值。取得這兩個(gè)由某個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率整數(shù)部分指出的直流輸入功率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值后，就能在這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩值間進(jìn)行中間插值，以求得對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速計(jì)實(shí)際頻率的轉(zhuǎn)矩值。這一中間插值是由方框188，190，192，194和196來完成的。為求出轉(zhuǎn)矩E和G間直線的斜率，在方框188中，使轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速頻率這個(gè)斜率等于參數(shù)G和E之差。在方框190中，設(shè)一個(gè)參數(shù)H，使其等于B乘64，在方框192中，轉(zhuǎn)速計(jì)頻率的小數(shù)部分或叫轉(zhuǎn)速余量部分被計(jì)算出來，這一部分等于轉(zhuǎn)速計(jì)頻率減去參數(shù)H，因?yàn)閺脑瓉淼臄?shù)中減去64乘整數(shù)部分B就應(yīng)等于下剩的余量。這個(gè)余量就是轉(zhuǎn)速計(jì)頻率之差或稱小數(shù)部分。在方框194中，設(shè)一個(gè)參數(shù)J，使其等于總轉(zhuǎn)矩差，這也就是為求得總轉(zhuǎn)矩而應(yīng)當(dāng)加到轉(zhuǎn)矩低值E上的那一部分。這一部分還等于在方框188中算得的直線斜率乘以轉(zhuǎn)速計(jì)讀數(shù)之差，再除以26也就是64，在方框196中，轉(zhuǎn)矩的這一小數(shù)部分加到轉(zhuǎn)矩低值上，就得出算得的轉(zhuǎn)矩反饋。
在圖5C中，給出有轉(zhuǎn)矩計(jì)算表程序的流程圖。選定的表格有32個(gè)表列項(xiàng)，表格中最后一個(gè)列項(xiàng)就是用來緊縮數(shù)據(jù)和分除算得的功率值的比例因子。在方框200中，算得功率比例因子被讀成表格中的最后一個(gè)表列項(xiàng)。表格的中間表列項(xiàng)對(duì)應(yīng)于零值算得功率，而第一個(gè)或最上面的表列項(xiàng)對(duì)應(yīng)于再生功率，而最后一個(gè)或最下面的表列項(xiàng)對(duì)應(yīng)于消費(fèi)功率。這樣，表格概括的范圍從最上面的負(fù)值功率，經(jīng)過零值功率，直到最下面的正值功率。在方框202中，設(shè)一個(gè)參數(shù)M，使其等于算得功率被(8×比例因子L)除。參數(shù)M也就是按比例縮小的輸入功率。在方框204中，設(shè)一個(gè)參數(shù)N，使其等于按比例縮小的輸入功率M乘以2-8以適當(dāng)縮小數(shù)值，使最后得出的數(shù)介于一15和14之間并代表到表格中點(diǎn)的區(qū)間距，在方框206中，進(jìn)行一次核對(duì)，看看數(shù)N是否大于14。若N的數(shù)值大于14，則在方框208中，令N等于14，意思是說表列值14是所需要的，若N的數(shù)值小于14，就在方框210中進(jìn)行一次核對(duì)，看看N的數(shù)值是否小于一15，因?yàn)閺牧阒倒β庶c(diǎn)數(shù)起，共有15個(gè)表列項(xiàng)。若N的數(shù)值小于一15，這就表示數(shù)N應(yīng)當(dāng)在方框212中固定在一15上。在方框214中，從表格里挑選一個(gè)表列值，其地址為距離表格中點(diǎn)的區(qū)間距加表格最上面的地址15，因?yàn)樵诒砀裰悬c(diǎn)之前，有15個(gè)表列項(xiàng)，區(qū)間距可正可負(fù)，取決于使用表的哪一部分。再設(shè)一個(gè)R等于該表列值乘以應(yīng)該乘的數(shù)26以將其化為所要的轉(zhuǎn)矩衡量單位。在方框216中，設(shè)一個(gè)參數(shù)P，使其等于表中下一個(gè)更大的表列值乘以26。這樣，就從表格中先后取得兩個(gè)表列值。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩值中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的直流輸入功率，其中的0對(duì)應(yīng)一個(gè)比P較小的直流輸入功率，實(shí)際的直流輸入功率介于這兩個(gè)直流輸入功率之間，為了求出對(duì)應(yīng)于實(shí)際直流輸入功率的轉(zhuǎn)矩，必須在這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩值之間進(jìn)行中間插值。這一中間插值是在方框218、220、222中完成的。在方框218中，求出兩個(gè)表列值之差而得出斜率Q的值。在方框220中，轉(zhuǎn)矩值的小數(shù)部分是用表列值N乘以28并將此乘積自原來算得的功率中減去的方法求出來。這個(gè)差值介于實(shí)際直流輸入功率和對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩R的直流輸入功率之間。用斜率Q和這個(gè)功率差，然后再乘以10-8以縮值，就求出一個(gè)代表兩個(gè)轉(zhuǎn)矩之差的值。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩，一個(gè)是對(duì)應(yīng)于實(shí)際直流輸入功率的轉(zhuǎn)矩R。在方框222中，將轉(zhuǎn)矩余量加到轉(zhuǎn)矩R上，就求出轉(zhuǎn)矩反饋的值。然后，從這個(gè)轉(zhuǎn)矩計(jì)算表程序返回原位。
電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是根據(jù)直流輸入?yún)?shù)來確定的，而不是依靠測(cè)量交流電動(dòng)機(jī)的電壓和電流或是靠在電動(dòng)機(jī)上裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器來確定。當(dāng)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率小于或等于14.5赫茲，就用表格法來確定轉(zhuǎn)矩，其所根據(jù)的假定是，若施加的電壓基本不變，當(dāng)一定數(shù)量的功率進(jìn)入電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)必然發(fā)出一定大小的轉(zhuǎn)矩。求得的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩可以有多達(dá)5%的變化，這是由于損失計(jì)算中的誤差，以及其他沒有加以考慮的因素造成的，如溫度影響等，但是對(duì)于車輛用電動(dòng)機(jī)控制應(yīng)用來說，這一精度已足夠了。從低速直到電動(dòng)機(jī)基本轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)處于不變的每赫茲伏數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電壓已知，在電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和直流輸入功率之間就有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這里提供的轉(zhuǎn)矩與功率關(guān)系的表格是計(jì)算出來的，計(jì)算中先制訂一個(gè)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，再計(jì)算各種相應(yīng)的功率關(guān)系。在比基本轉(zhuǎn)速更高的速度范圍中，電壓是變化的，因?yàn)閾Q流器運(yùn)行電壓出于正?；蚴怯捎谑┘恿酥苿?dòng)。對(duì)于超基本速度運(yùn)行，使用轉(zhuǎn)矩與功率關(guān)系的表格所得的結(jié)果是不令人滿意的。一個(gè)合用的方法是計(jì)算功率損失與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，將算得的功率損失自輸入功率中減去，再以換流器頻率除這個(gè)差，這樣就求出電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，輸入功率是較大的，功率損失計(jì)算中的某些誤差，對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算的影響并不很大，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，換流器和電動(dòng)機(jī)的功率損失占總輸入功率的很大一部分，功率損失計(jì)算中，大小相同的誤差能給所求的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩造成難以接受的大誤差。從大約12赫茲到基本轉(zhuǎn)速，兩種計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法給出的結(jié)果相差不多，但是損失計(jì)算法不需要表格法所需的大量存儲(chǔ)的表格數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)接近12赫茲時(shí)，更宜于采用損失計(jì)算法。
若電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速計(jì)頻率低于10赫茲情況下進(jìn)行制動(dòng)，則轉(zhuǎn)矩與輸入功率之間就不再有函數(shù)關(guān)系。這就是說，對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸入功率值，有一個(gè)以上的轉(zhuǎn)矩值與之對(duì)應(yīng)。因此，不可能使用兩個(gè)轉(zhuǎn)矩計(jì)算法中的任何一個(gè)以求運(yùn)行在很低頻率下正在制動(dòng)中的電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。但是，對(duì)于運(yùn)送大量貨物的車輛來說，在那樣低的速度下，更適合進(jìn)行摩擦制動(dòng)，因此，上面所說的情況將不會(huì)成為問題，在那種情況下，可以假定轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)滑差成比例，對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行一次開環(huán)估計(jì)。但是控制器將不使用這一估計(jì)，因?yàn)樵谀菢拥偷念l率下，不打算使控制器進(jìn)行閉環(huán)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。這一估計(jì)只是為了完整才包括進(jìn)來的。此外，若轉(zhuǎn)速計(jì)頻率是負(fù)的，表示重型運(yùn)貨車正在倒退。與所希望的運(yùn)動(dòng)方向相反。這時(shí)，由于同樣理由，不可能進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)矩計(jì)算。那種車輛從倒退回轉(zhuǎn)過來是用開環(huán)控制操作來完成的，在這一操作中，控制器也不利用計(jì)算出來的轉(zhuǎn)矩，為了完整起見，在這里把轉(zhuǎn)矩作為滑差的函數(shù)來進(jìn)行估計(jì)。
為了應(yīng)用轉(zhuǎn)矩計(jì)算的查表法，準(zhǔn)備了一套由16個(gè)不同表格組成的表格用來查找。每一個(gè)表格適用于從0到15的不同轉(zhuǎn)速計(jì)頻率。其中0到15是轉(zhuǎn)速計(jì)頻率的整數(shù)赫茲值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是輸入功率和轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速計(jì)頻率的函數(shù)。在這個(gè)方法中，需要使用16個(gè)二維表格具有三維表格的作用，其中的轉(zhuǎn)速這一維，是由若干個(gè)表共同提供的。每一個(gè)表都編排成31個(gè)不同的功率點(diǎn)，使得對(duì)于每一個(gè)功率值，都有一個(gè)相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。功率值排成31個(gè)不同數(shù)值，表格中央的表列項(xiàng)是零值算得功率，有15個(gè)負(fù)的功率表列值或稱制動(dòng)功率值在中央表列項(xiàng)之前，還有15個(gè)正的表列值在中央表列項(xiàng)之后，第32個(gè)表列值是一個(gè)用來緊縮數(shù)據(jù)的比例因子，存儲(chǔ)每個(gè)地點(diǎn)的相應(yīng)轉(zhuǎn)矩值。每個(gè)表格都作得足夠大，以覆蓋最有可能出現(xiàn)的輸出轉(zhuǎn)矩值。在較高的速度范圍內(nèi)，查表法比較適用，在這個(gè)范圍內(nèi)，可能在50至100瓩的功率具有最大輸出轉(zhuǎn)矩，而在低轉(zhuǎn)速的一頭，可能3瓩的功率才有滿載輸出。直流輸入功率有這樣大的變化范圍，就會(huì)需要非常大的表格。為了減小表格尺寸，就使用一個(gè)比例因子來標(biāo)明每個(gè)表格地點(diǎn)間的瓦數(shù)之差。例如，在高轉(zhuǎn)速的一頭，兩個(gè)相鄰地點(diǎn)之間可能有高達(dá)3.3瓩的差別，而在低轉(zhuǎn)速的一頭，兩個(gè)相鄰地點(diǎn)間可能只有約0.2瓩的差別。按照一個(gè)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，采用脫離主程序以計(jì)算功率損失的方式，來進(jìn)行各種損失的計(jì)算。這些損失當(dāng)被合了起來并加到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)出的功率后，其結(jié)果等于供給這一系統(tǒng)的輸入功率。使用這種脫離主程序的計(jì)算方式，對(duì)每個(gè)整數(shù)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率進(jìn)行計(jì)算，就可以得出一個(gè)表格，這個(gè)表格表示在該轉(zhuǎn)速計(jì)頻率下，轉(zhuǎn)矩和輸入功率之間的關(guān)系。
若輸入功率落在兩點(diǎn)之間，就從表格中取出兩個(gè)轉(zhuǎn)矩值，其中一個(gè)對(duì)應(yīng)更低一些的輸入功率，另一個(gè)對(duì)應(yīng)于更高一些的輸入功率。假定這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩值之間的轉(zhuǎn)矩與功率成直線關(guān)系，將實(shí)際輸入功率進(jìn)行中間插值，就可求出輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速計(jì)頻率也假定是0，1，2，…或15赫茲這些量中的一個(gè)。由于轉(zhuǎn)速計(jì)頻率很少可能正好等于一個(gè)整數(shù)，因此需要作更多的中間插值計(jì)算以確定在實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)頻率下的轉(zhuǎn)矩。中間插值是這樣進(jìn)行的首先根據(jù)當(dāng)前輸入功率，定出兩個(gè)整數(shù)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率對(duì)應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩值。這兩個(gè)整數(shù)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率從上下將實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)頻率夾在中間，每個(gè)上述轉(zhuǎn)矩值都用前面所說的中間插值法來確定。有了這兩個(gè)每個(gè)都是從兩個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率表算得的中間轉(zhuǎn)矩值，就再一次使用中間插值法求出介于兩個(gè)中間轉(zhuǎn)矩值之間的最后的轉(zhuǎn)矩反饋值，舉例來說，設(shè)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率等于10 1/2 赫茲，先取得10赫茲和11赫茲下的轉(zhuǎn)矩值，再在這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩值之間進(jìn)行中間插值以取得輸出轉(zhuǎn)矩。
給輸入功率以一定尺度，使一個(gè)數(shù)位等于7.6294×10-3瓦，轉(zhuǎn)矩的尺度是一個(gè)數(shù)位等于0.1146磅呎。表格中起尺度作用的字節(jié)是這樣設(shè)定的，使一個(gè)數(shù)位等于15.625瓦每一表格點(diǎn)。在字節(jié)表格中共有255個(gè)可用數(shù)位，但是字節(jié)表中的數(shù)值不能用與度量轉(zhuǎn)矩的單位相同的單位來度量，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)矩可以高達(dá)800磅呎，這將需要255個(gè)以上的數(shù)位，這樣，每一表格轉(zhuǎn)矩值等于0.1146×26磅呎。
在圖6中畫有換流器和制動(dòng)線路的示意圖。這二者相互耦合以控制一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，換流器12包括GTO-1和GTO-2兩個(gè)開關(guān)與直流電源10相連，以向電動(dòng)機(jī)14的磁極A激磁。另兩個(gè)開關(guān)GTO-3和GTO-4也與直流電源10相連。以向電動(dòng)機(jī)14的磁極B激磁。開關(guān)GTO-5和GTO-6同樣與直流電源10相連，以向電動(dòng)機(jī)14的磁極C激磁。圖中還畫有電動(dòng)機(jī)14的相A的制動(dòng)電路80。相B和相C有著與相A完全相同的制動(dòng)電路，但在圖中沒有畫出。圖中還畫有GTO-1的電壓緩沖電路250和電流緩沖電路252。
圖6中還畫有閘流晶體管TH-1和TH-2，用在制動(dòng)電路80，其作用是將變壓器254短路。閘流晶體管緩沖電路256也畫在圖6中，GTO開關(guān)GB1的用途是，當(dāng)閘流晶體管TH1和TH2不導(dǎo)通時(shí)，調(diào)制制動(dòng)電路80輸給電動(dòng)機(jī)14電壓。GTO開關(guān)和GB1配有一個(gè)電壓緩沖電路258和一個(gè)電流緩沖電路260。線路二極管DB1包括一個(gè)緩沖電路262。二極管橋路264對(duì)變壓器254的初級(jí)繞組起作用。
在圖7中畫有GTO開關(guān)接通時(shí)所吸取的能量。
圖8中畫有GTO開關(guān)斷開時(shí)所吸取的能量。
換流器每個(gè)電極使用一個(gè)東芝生產(chǎn)的SG800E×21型GTO開關(guān)。這個(gè)GTO的柵電流是5安培，而陽極的di/dt則由電極電感來決定，如電極A的L1，電感L1是7微亨，當(dāng)電流46的電壓為600伏時(shí)，這個(gè)電感給出di/dt的值為85安每微秒，或每個(gè)脈沖0.16瓦，如圖7所示，對(duì)于換流器12的電極A的開關(guān)GTO-1的每一次接通，就有0.16瓦的功率損失，這一損失乘上每秒接通次數(shù)就得出以每秒瓦數(shù)表示的功率損失。
關(guān)斷損失是用圖8中所示的曲線來確定的。假定這一曲線是一條直線，將這一直線的斜率乘以流經(jīng)GTO開關(guān)的電流就得出每次關(guān)斷的能量損失，然后將這一能量損失乘以每秒內(nèi)的關(guān)斷次數(shù)就得到每秒內(nèi)的關(guān)斷損失。
為了估計(jì)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使用一個(gè)微處理機(jī)并通過一個(gè)模擬/數(shù)字變換器對(duì)直流輸入電壓和直流輸入電流進(jìn)行測(cè)量。把這兩個(gè)參數(shù)乘在一起就得到換流器和制動(dòng)電路的輸入功率。從輸入功率中，減去除了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻損失之外的系統(tǒng)中所有其他各項(xiàng)損失，微處理機(jī)就能得出電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的功率中的有用部分，然后，用換流器頻率除這一有用功率，就能定出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。若將轉(zhuǎn)子電阻損失也包括在系統(tǒng)損失之內(nèi)，就要用轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)頻率代替換流器頻率來計(jì)算轉(zhuǎn)矩。
算得的系統(tǒng)損失可以分成四個(gè)基本組。第一組包括發(fā)生在換流器中的損失，這一部分又分成GTO和二極管導(dǎo)通損失，GTO開關(guān)損失，以及緩沖電路中的損失。系統(tǒng)的第二組損失包括交流電動(dòng)機(jī)中的電能損失，其中又分成定子電阻損失、鐵心磁能損失、諧波損失和雜散損失。系統(tǒng)第三組損失包括交流電動(dòng)機(jī)中各種機(jī)械損失，其中又可分成電動(dòng)機(jī)摩擦損失和扇風(fēng)損失。系統(tǒng)第四組損失只是當(dāng)電動(dòng)機(jī)控制中，包括可任意選擇的制動(dòng)電路時(shí)才出現(xiàn)，其中包括變壓器制動(dòng)損失，這種損失可以彼此有很大不同，這要看是否當(dāng)前變壓器沒有使用而是被閘流晶體管所短路，或是否變壓器當(dāng)前正在使用而閘流晶體管正在關(guān)斷，若變壓器被閘流晶體管短路，變壓器制動(dòng)損失只包括閘流晶體管的導(dǎo)通損失。若變壓器沒有被閘流晶體管所短路，變壓器制動(dòng)損失包括制動(dòng)電路中所有半導(dǎo)體的緩沖和開關(guān)損失、除橋路二極管外所有半導(dǎo)體中的導(dǎo)通損失、橋路二極管的導(dǎo)通損失、變壓器中的電阻損失，以及變壓器的鐵心損失?？偟南到y(tǒng)損失的求法是先把每組中的損失加起來，再把所有各組損失加起來就得到系統(tǒng)的總損失。
為了計(jì)算每組系統(tǒng)損失，必須導(dǎo)出待求損失與系統(tǒng)中各已知參數(shù)間的關(guān)系，很多種損失都是電動(dòng)機(jī)電流的函數(shù)。微處理機(jī)能夠直接讀出電動(dòng)機(jī)電流的均方根(PMS)值，但是由于完成該功能所需部件的成本昂貴(單獨(dú)的電流至電壓轉(zhuǎn)換器、連接轉(zhuǎn)換器和控制邏輯組件的連線，以及均方根值(RMS)電壓測(cè)定電路)，于是研究出電動(dòng)機(jī)機(jī)均方根電流和很多參數(shù)間的一個(gè)關(guān)系，這許多參數(shù)是各已知變量的滑差頻率、電動(dòng)機(jī)電壓、以及等于常數(shù)的V/F電壓。這一關(guān)系根據(jù)的是下述原理，即當(dāng)氣隙磁通保持不變時(shí)，電流是滑差頻率的已知函數(shù)，不計(jì)溫度變化的影響。在氣隙磁通為額定值情況下，電動(dòng)機(jī)電流和滑差頻率間的關(guān)系可存儲(chǔ)在一個(gè)表格中以供微處理機(jī)存取，即當(dāng)電動(dòng)機(jī)有著額定氣隙磁通時(shí)，微處理機(jī)根據(jù)已知的滑差頻率，就能找出電動(dòng)機(jī)電流的值。若滑差頻率保持不變，電動(dòng)機(jī)電流與加在電動(dòng)機(jī)上的電壓成正比。這樣，即使電動(dòng)機(jī)不處于額定氣隙磁通情況下，也能對(duì)電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行計(jì)算，所用的方程如下電動(dòng)機(jī)電流＝F(滑差)× (電動(dòng)機(jī)電壓)/(電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)電壓(DFS)) (16)
其中F(滑差)是電動(dòng)機(jī)電流與滑差頻率之關(guān)系，而電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)電壓是為產(chǎn)生額定氣隙磁通所需的電壓。進(jìn)行表格查找和上述計(jì)算后，微處理機(jī)就給出一個(gè)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前電流的良好估計(jì)。然后，就將這一電動(dòng)機(jī)電流值用在幾個(gè)損失計(jì)算中。
換流器中的單向傳動(dòng)二極管和GTO中的導(dǎo)通損失，可以近似地看成是電動(dòng)機(jī)電流的函數(shù)，一個(gè)GTO或二極管中的瞬時(shí)導(dǎo)通損失等于通過的電流與通過這個(gè)器件產(chǎn)生的電壓降的乘積。但是沒有必要計(jì)算瞬時(shí)導(dǎo)通損失，因此只需確定半導(dǎo)體器件中的平均導(dǎo)通損失。傳導(dǎo)平均電流值的GTO產(chǎn)生的平均電壓降約為1.8伏，而傳導(dǎo)平均電流值的二極管產(chǎn)生的平均電壓降約為1.2伏。雖然這兩種器件的電壓降隨傳導(dǎo)電流的大小而有稍許的變化，但仍然假定1.8和1.2伏這兩個(gè)常數(shù)是可用的。假定電壓降為一常數(shù)1.8伏，換流器中所有GTO中的導(dǎo)通損失可按下式計(jì)算GTO導(dǎo)通損失＝1.8× (0.9×電動(dòng)機(jī)電流)/4 ×6 (17)其中，損失是用瓦表示，電動(dòng)機(jī)電流用均方根安培表示。0.9用來把均方根電流值化為平均電流值，4是由于每個(gè)GTO平均只有1/4時(shí)間導(dǎo)通，而6則是換流器中一共有六個(gè)GTO，這個(gè)公式可以簡化成下式GTO導(dǎo)通損失＝2.43×電動(dòng)機(jī)電流 (18)
同理，假定一個(gè)不變的1.2伏電壓降，換流器中所有單向傳動(dòng)二極管的導(dǎo)通損失可按下式計(jì)算二極管導(dǎo)通損失＝1.2× (0.9×電動(dòng)機(jī)電流)/4 ×6 (19)其中，損失用瓦表示，電動(dòng)機(jī)電流用均方根安培表示。0.9用來把均方根電流值化為平均電流值。4是由于每個(gè)二極管平均只有1/4的時(shí)間導(dǎo)通，而6則是因?yàn)閾Q流器中一共有六個(gè)單向傳動(dòng)二極管。以上公式經(jīng)過簡化成為下式二極管導(dǎo)通損失＝1.62×電動(dòng)機(jī)電流 (20)這些公式實(shí)際上只是部分成立的，因?yàn)槠渲屑俣總€(gè)二極管和每個(gè)GTO只有1/4時(shí)間導(dǎo)通。實(shí)際上，在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行中，GTO的導(dǎo)通時(shí)間大于1/4，而二極管的導(dǎo)通時(shí)間則小于1/4的總時(shí)間。二者導(dǎo)通時(shí)間的這種細(xì)微偏移實(shí)際上增加了GTO的損失，卻減少了二極管的損失，但是為了簡單起見，將這一差別忽略了，在制動(dòng)時(shí)，情況正好相反。忽略這種導(dǎo)通時(shí)間偏移的效果，換流器導(dǎo)通損失最后等于GTO加上二極管的導(dǎo)通損失，或換流器導(dǎo)通損失＝4.05×電動(dòng)機(jī)電流 (3)不論合成方式如何，都使用這一公式。
換流器GTO開關(guān)損失決定于合成方式，因?yàn)閾p失與開關(guān)頻率有關(guān)。在PWM(脈沖寬度調(diào)制)和準(zhǔn)六步方式中，開關(guān)頻率在400赫茲左右，而在六步方式中，開關(guān)頻率等于換流器頻率。因此，需要一個(gè)公式為PWM和準(zhǔn)六步之用，需要另一個(gè)方程為六步運(yùn)行方式之用，GTO中的開關(guān)損失可根據(jù)GTO制造廠的數(shù)據(jù)來計(jì)算，開關(guān)損失由兩部分組成，一部分是接通損失，另一部分是關(guān)斷損失，GTO制造廠提供接通損失與陽極di/dt的關(guān)系曲線，還提供關(guān)斷損失與陽極電流的關(guān)系曲線。本發(fā)明所用的GTO的型號(hào)是SG SG800E×21，其損失曲線如圖7和圖8所示，從這些曲線可以導(dǎo)出表示換流器中六個(gè)GTO的接通損失和關(guān)斷損失。關(guān)系式的形式如下GTO接通損失＝0.26×(400/2)×6＝312 (22)GTO關(guān)斷損失＝0.0011×(0.9×IM)×(400/2)×6＝1.2×IM (4)在以上方程中，數(shù)0.26取自接通損失曲線上對(duì)應(yīng)于IGM等于5安培，以及陽極di/dt等于每微秒85安培之點(diǎn)。上式中的數(shù)400代表在PWM和準(zhǔn)六步運(yùn)行方式中的平均開關(guān)頻率，式中的數(shù)2是由于只在GTO接通時(shí)間的一半內(nèi)有電流流通，這就十分有效地用一個(gè)因子2減少了開關(guān)頻率，上式中的數(shù)6代表換流器中GTO的數(shù)目。數(shù)0.0011代表關(guān)斷損失曲線上的曲線斜率;IM是以安培表示的電動(dòng)機(jī)均方根值(PMS)電流。在六步合成方式中，開關(guān)損失是比較小的，這是因?yàn)殚_關(guān)頻率等于換流器基本頻率，而不等于400赫茲。因此，若使用六步合成方式，就要使用另外的公式進(jìn)行計(jì)算。在六步合成方式中，當(dāng)電流流經(jīng)GTO時(shí)，所有GTO都關(guān)斷，因此，有效開關(guān)頻率不須象在PWM和擬六步合成方式中那樣被2除。此外，在六步方式中，接通損失小得可以忽略不計(jì)，因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)電流在相反方向流動(dòng)時(shí)，每個(gè)GTO原來都是接通的。結(jié)果是，電動(dòng)機(jī)電流改換方向而GTO開始導(dǎo)通。然而在這種情況下，接通損失將是很小的。此外，在六步方式中，每個(gè)開關(guān)循環(huán)中的關(guān)斷損失是比較大的，因?yàn)楸魂P(guān)斷的電流在正常情況下比電動(dòng)機(jī)電流的均方根值更大。電流的準(zhǔn)確數(shù)值與電壓和電流間的相角有關(guān)。當(dāng)GTO關(guān)斷時(shí)，電流值估計(jì)約為電動(dòng)機(jī)電流均方根值的1.4倍，這是由于高次諧波等原因造成的。描寫六步合成方式中的開關(guān)損失公式如下GTO接通損失＝0 (23)GTO關(guān)斷損失＝0.0011×1.4×IM×換流器頻率×6＝0.009×IM×換流器頻率 (24)換流器GTO開關(guān)損失＝0.009×IM×換流器頻率 (5)換流器緩沖損失包括在六個(gè)電壓緩沖電路中的損失和三個(gè)電流緩沖電路中的損失。發(fā)生在電壓緩沖電路中的損失是由于GTO在接通和關(guān)斷時(shí)，電容器的完全充電和放電，電流緩沖電路中的損失是由于當(dāng)GTO接通和關(guān)斷時(shí)電感器中電流的增強(qiáng)和減弱。在每個(gè)換流器電極中，基本上有四種不同情況，使電能耗費(fèi)在緩沖電路中。
第一種情況是這樣的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流為負(fù)時(shí)，電流流動(dòng)方向是流出電動(dòng)機(jī)，GTO-2先是關(guān)斷，然后接通。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)電流先是流經(jīng)二極管D1和L1，但在GTO-2接通后，電流就流經(jīng)GTO-2。同時(shí)，GTO-2用的電壓緩沖電容器C2必須卸去600伏電壓;在這一過程中，能量消耗等于0.5×C×V2;GTO-1用的電壓緩沖電容C1必須充電至600伏電壓;流經(jīng)L1的電流必須停止流動(dòng);而二極管D1關(guān)斷。接通GTO-2，流經(jīng)L1的電流開始減小，而跨在GTO-2緩沖電容器兩邊的電壓開始減小。當(dāng)流經(jīng)L1的電流一達(dá)到零，這一電流就開始反向并對(duì)GTO-1的緩沖電容器進(jìn)行充電。此外，二極管D1要用大約2.5微秒時(shí)間才能關(guān)斷。因此，在這一微小時(shí)間內(nèi)，D1將在逆方向傳導(dǎo)電流。GTO-1緩沖電容器的充電電壓將超過直流線路電壓，這是由于緩沖電感器和線路雜散電感的存在。當(dāng)GTO-1緩沖電容器電壓超過線路電壓，L1和雜散電感中的電流就開始減小，部分能量暫時(shí)轉(zhuǎn)移到電容器中，其余的都消耗在R1中。轉(zhuǎn)移到電容器中的能量是緩沖電容器電壓過沖的原因，能量的大部分很快消耗在R4和R1中，下余的部分反饋給直流電源。損失在電極緩沖電阻R1，R4和R5中的能量可以證明由下式給出第一種情況的緩沖損失＝(0.5×C×V2)+〔0.5×L×(IL2+ID2)〕(25)
其中第一項(xiàng)代表由于GTO-2緩沖電容器的放電損失，第二項(xiàng)代表GTO-1緩沖電容器充電和緩沖電感器耗能的能量損失，在開關(guān)循環(huán)終了時(shí)，儲(chǔ)存在GTO-1電容器中的能量，并不能認(rèn)為是一種損失，因?yàn)檫@是此時(shí)存儲(chǔ)起來的能量。在以上公式中，C是等于2微法的緩沖電容;V是直流線路電壓;L代表緩沖電感(7微亨)與雜散電感(2微亨)之和，因此，L等于9微亨;IL是流過L1的峰值電流，這是在給GTO-1緩沖電容器充電時(shí)達(dá)到的最大電流，其中不計(jì)入二極管電流;ID是流經(jīng)D1的反向二極管峰值電流，IL和ID由下列公式確定IL＝V×(C/L)0.5(26)ID＝V/L×Trr (27)其中，V、C、L在以前都作過明確說明，Trr是二極管反向恢復(fù)時(shí)間，其值約為2.5微秒。將這兩個(gè)公式代入上面的緩沖損失公式(25)中，可得表示一個(gè)電極損失的公式，其形式如下第一種情況中的緩沖損失＝C×V2+0.5×(V2/L)×Trr2(28)第二種情況中，電動(dòng)機(jī)電流是正的，當(dāng)GTO-1將關(guān)斷時(shí)，電流正在流過GTO-1，在這種情況下，電動(dòng)機(jī)電流最初在L1中流動(dòng)。當(dāng)GTO-1關(guān)斷時(shí)，GTO-1的緩沖電容器開始用電動(dòng)機(jī)電流來充電。同時(shí)，GTO-2的緩沖電容器開始放電，將能量消耗在電阻R5中，消耗的能量等于0.5×C×V2，當(dāng)GTO-1緩沖電容器兩端電壓一達(dá)到直流線路電壓，緩沖電感器和雜感電感中的電流就開始減小。這時(shí)，存儲(chǔ)在這些電感中的能量等于0.5×L×I2，其中I是電動(dòng)機(jī)電流，所有這種能量或是消耗在電阻R1中，或是以過沖電壓的形式，暫時(shí)轉(zhuǎn)移到GTO-1的緩沖電容器中。電容器這一暫時(shí)過度充電很快就在電阻R4中消耗掉了，在第二種情況中，二極管電流和L1中反向電流并不重要，第二種情況中的能量損失可由下式表示第二種情況中的緩沖損失＝(0.5×C×V2)+(0.5×L×I2) (29)其中的C、V、L在前面已作了明確規(guī)定;其中的I是電動(dòng)機(jī)均方根值電流。
第三種情況發(fā)生在電動(dòng)機(jī)電流為正值，而GTO-1正在從關(guān)斷變到接通之時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流最初在二極管D2中流動(dòng)，但在GTO-1關(guān)斷后，電動(dòng)機(jī)電流流經(jīng)GTO-1和電感器L1，這種情況類似前面敘述過的第一種情況，可以證明這時(shí)的緩沖損失公式與第一種情況的緩沖損失公式完全相同。
第四種情況發(fā)生在當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流為負(fù)值并流經(jīng)接通的GTO-2之時(shí)，然后，GTO-2就被關(guān)斷，電流終止流經(jīng)二極管D1和電感器L1，這種情況類似以前敘述過的第二種情況，可以證明此時(shí)緩沖損失公式與第二種情況中的緩沖損失公式完全相同。
在所有可能發(fā)生的開關(guān)循環(huán)中，一個(gè)電極的緩沖電路中的能量損失有如以上所述，為了求得功率損失，必須將這些能量損失乘以每秒鐘這種情況發(fā)生的次數(shù)，再乘以換流器中電極的數(shù)目。在PWM和準(zhǔn)六步合成方式中，這四種情況的每一種所發(fā)生的頻率等于開關(guān)頻率的一半，因此，在PWM和準(zhǔn)六步方式中，適用以下公式換流器緩沖損失＝(2×第一種情況損失+2×第二種情況損失)×F/2×3 (30)或以下式表示換流器緩沖損失＝((2×((C×V2)+(0.5×(V2/L)×Trr2)))+(2×((0.5×C×V2)+(0.5×L×I2)))×(F)/2 ×3 (31)其中的F為開關(guān)頻率。
在六步合成方式中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流為正時(shí)，GTO-1從來是不接通的，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流為負(fù)時(shí)，GTO-2是從來不接通的。因此，第一種情況和第三種情況在六步合成方式中并不發(fā)生。但是，第二種情況和第四種情況在六步方式中卻是發(fā)生的。其發(fā)生頻率等于開關(guān)頻率，即換流器的基本頻率。此外，在六步方式中，當(dāng)開關(guān)進(jìn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流通常比電動(dòng)機(jī)均方根值電流為高，如以上損失計(jì)算所述，電動(dòng)機(jī)電流在這個(gè)開關(guān)點(diǎn)，可以使其近似等于電動(dòng)機(jī)均方根值電流的1.4倍，因此，在六步合成中，由于這一情況，適用下列緩沖損失公式換流器緩沖損失＝(2×第二種情況損失)×F×3(32)或?qū)懗蓳Q流器緩沖損失＝(2×((0.5×C×V2)+(0.5×L×(1.4×I)2)))×F×3 (33)對(duì)于PWM和準(zhǔn)六步方式，使用一個(gè)等于400赫茲的平均開關(guān)頻率，一個(gè)2微法的電容器，總共等于9微亨的電感，以及等于2.5微秒的二極管反向恢復(fù)時(shí)間，緩沖損失公式可以簡化成下列二式
換流器緩沖損失(PWM和準(zhǔn)六步)＝((1.0×10-5×V2)+(1.35×10-5×I2))×F(34)換流器緩沖損失(六步)＝((6.0×10-6×V2)+(5.3×10-5×I2)×F(35)其中，V是直流線路電壓，I是電動(dòng)機(jī)均方根值電流，F(xiàn)是換流器開關(guān)頻率，對(duì)于六步合成方式，F(xiàn)等于換流器基本頻率。
第一個(gè)要說明的電動(dòng)機(jī)損失是定子電阻損失。這一損失是由于電動(dòng)機(jī)定子有電阻，因此當(dāng)電動(dòng)機(jī)基波電流流經(jīng)定子時(shí)，電阻就損耗能量，這一損失由下列方程給定電動(dòng)機(jī)定子電阻損失＝3×R×I2(36)其中，R是定子電阻，I是電動(dòng)機(jī)基波電流，以均方根值安培表示。因子3加在式中是因?yàn)樵谌嚯妱?dòng)機(jī)中，定子上有三個(gè)繞組。實(shí)際上，定子電阻隨溫度升高而增大，但是電阻的變化并不大得以致于需要測(cè)量電動(dòng)機(jī)溫度以補(bǔ)償這一變化。假定電動(dòng)機(jī)定子電阻為一常數(shù)，等于0.0204歐姆，于是定子電阻損失由下式給出
電動(dòng)機(jī)定子電阻損失＝0.0612×I2(37)電動(dòng)機(jī)中的鐵心損失是磁化損失，電動(dòng)機(jī)中的磁通隨著電動(dòng)機(jī)正弦波電流的變化而變化，但是由于電動(dòng)機(jī)的磁滯性質(zhì)，當(dāng)磁通改變極性時(shí)，就發(fā)生能量損失，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在每赫茲伏數(shù)為一常數(shù)的情況下，電動(dòng)機(jī)磁通也保持為一常數(shù)，因此，鐵心損失與換流器基波頻率成正比，利用電動(dòng)機(jī)制造廠提供的鐵心損失的數(shù)據(jù)，可以導(dǎo)出這一特定電動(dòng)機(jī)在每赫茲伏數(shù)不變的運(yùn)行情況下的鐵心損失公式，電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在45赫茲的額定速度和420伏的額定線至線電壓情況下，電動(dòng)機(jī)的鐵心損失為1864瓦，鐵心損失公式如下鐵心損失＝1864×(換流器頻率/45)＝4.14×換流器頻率 (38)當(dāng)電動(dòng)機(jī)不是處于每赫茲伏數(shù)不變的運(yùn)行情況下，以上公式就不適用了，因?yàn)榇磐ú辉贋橐怀?shù)。因此，必須導(dǎo)出另一公式，其中計(jì)入電動(dòng)機(jī)磁通變化的影響。下列公式即可用于這種情況鐵心損失＝1.162×(V/F)1.6×F (39)其中，V是電動(dòng)機(jī)線至線電壓，F(xiàn)是換流器電壓波形的基波頻率。
雜散損失是不包括在電動(dòng)機(jī)任何其他各項(xiàng)損失之內(nèi)的電動(dòng)機(jī)外加損失。這種雜散損失的一個(gè)粗略估計(jì)表明其大小正比于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。這個(gè)交流電力拖動(dòng)中用的電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)轉(zhuǎn)矩為768磅呎時(shí)，電動(dòng)機(jī)的雜散損失為1630瓦。根據(jù)這一數(shù)據(jù)，可以求出一個(gè)常數(shù)，將雜散損失與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩建立關(guān)系，其形式如下雜散損失＝C×電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩或C＝雜散損失/電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 (40)C＝1630/768＝2.12因此有雜散損失＝2.12×電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 (11)其中，鐵心損失以瓦計(jì)算，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是最后算得的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，以磅呎為單位。
諧波損失是由于電動(dòng)機(jī)中的諧波電流所造成，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電阻性發(fā)熱。這種損失是幾個(gè)參數(shù)的函數(shù)，如所用的合成方式、換流器基波頻率、以及電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。為了計(jì)算諧波損失而推導(dǎo)公式、相關(guān)數(shù)據(jù)、以及將表格和公式相結(jié)合，這些都是極其困難的工作。很精確但是很費(fèi)時(shí)間的一個(gè)方法是使用頻譜分析儀并測(cè)量電壓和電流中所有重要諧波的均方根值。頻譜分析儀還可以用來測(cè)量每個(gè)諧波的電壓和電流之間的相角。知道了這三個(gè)參數(shù)，就可以用下列公式計(jì)算每個(gè)諧波造成的能量損失諧波功率＝V×I×COS(相角) (41)在求出每個(gè)諧波造成的功率損失之后，將所有諧波的功率損失相加，就得到所有各次諧波造成的總損失，必須在幾個(gè)運(yùn)行頻率和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)處收集數(shù)據(jù)，收集到足夠多的信息后，就建立數(shù)據(jù)間的相關(guān)關(guān)系，以此取得查表表格和公式的結(jié)合，這些表格和方程使微處理機(jī)得以計(jì)算在所有運(yùn)行情況下的諧波損失。
另一種容易得多的方法是測(cè)量輸給整個(gè)交流拖動(dòng)系統(tǒng)的輸入功率(輸進(jìn)換流器的功率)，再測(cè)量在各個(gè)不同運(yùn)行頻率和電動(dòng)機(jī)載荷下的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也要測(cè)量其他有用的參數(shù)，如電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)溫度等等。下列公式給出系統(tǒng)中的下余損失，這個(gè)下余損失近似地等于諧波損失，只要導(dǎo)出的損失方程有著合理的精確度。這一公式如下下余損失＝P-((T×F)+損失) (42)其中P是輸入功率，T是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)是換流器基波頻率，式中“損失”這一項(xiàng)包括系統(tǒng)中除了轉(zhuǎn)子損失以外的所有在前作過明確規(guī)定的各種損失，后面這一方法曾用來建立公式和制訂查表表格，供微處理機(jī)使用，以進(jìn)行這一交流拖動(dòng)系統(tǒng)中諧波損失的計(jì)算。
電動(dòng)機(jī)中的扇風(fēng)損失是當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇使空氣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)所引起的損失。眾所周知，這種損失正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的三次方，再乘以一個(gè)比例常數(shù)。這個(gè)常數(shù)是根據(jù)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師提供的數(shù)據(jù)來確定的。對(duì)于本系統(tǒng)使用的電動(dòng)機(jī)，扇風(fēng)損失可由以下公式表示，
扇風(fēng)損失＝599×(每分轉(zhuǎn)數(shù)/1800)3(12)其中的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)是電動(dòng)機(jī)軸每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。
電動(dòng)機(jī)的摩擦損失是當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)軸和機(jī)座間的摩擦所造成的。眾所周知，這種損失等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和某一比例常數(shù)的乘積。與扇風(fēng)損失相似，這個(gè)常數(shù)可由電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師提供的數(shù)據(jù)來確定。對(duì)于本系統(tǒng)中所用的電動(dòng)機(jī)，摩擦損失可由下列公式表示摩擦損失＝104×(每分轉(zhuǎn)數(shù)/1800) (13)其中的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)是電動(dòng)機(jī)軸每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。
若系統(tǒng)中包括制動(dòng)變壓器，變壓器造成的損失必須加以計(jì)算，并加到以前算得的損失中去。若未使用制動(dòng)變壓器，這時(shí)電動(dòng)機(jī)上的或變壓器初級(jí)繞組一側(cè)的閘流晶體管處于接通狀態(tài)，從而將變壓器初級(jí)繞組短路，則此時(shí)變壓器及其初級(jí)繞組一側(cè)的控制器件中沒有電流流動(dòng)，因而也沒有功率損失。但是閘流晶體管正在導(dǎo)通電動(dòng)機(jī)電流，其自身有一個(gè)電壓降。因此，閘流晶體管中有導(dǎo)通功率損失。假定閘流晶體管的平均壓降為1.5伏，再看到六個(gè)閘流晶體管的每一個(gè)只有一半時(shí)間傳導(dǎo)電流，可得制動(dòng)閘流晶體管導(dǎo)電損失公式如下制動(dòng)閘流管導(dǎo)通損失＝1.5×((0.9×I)/2)×6＝4.05×I (14)其中1.5是閘流管壓降，I是以安培表示的電動(dòng)機(jī)均方根值電流。0.9是將電動(dòng)機(jī)均方根值電流化為電動(dòng)機(jī)平均電流，2是由于每個(gè)閘流管只有一半時(shí)間導(dǎo)通，而6則是制動(dòng)電路中閘流管的總數(shù)。
若制動(dòng)閘流管不是在接通狀態(tài)，每個(gè)閘流管就在其各自的電動(dòng)機(jī)正弦波電流下一次穿過零值時(shí)關(guān)斷，當(dāng)所有閘流管都關(guān)斷時(shí)，制動(dòng)變壓器及其初級(jí)繞組一側(cè)的器件就有電流流動(dòng)，因而有功率損失。在下列方程中，假定直流線路電壓為700伏，而不是先前假定的標(biāo)稱電壓600伏。使用這一更高電壓是合宜的，因?yàn)樵谑褂米儔浩髦苿?dòng)時(shí)，相當(dāng)大的電流被再生出來并退給直流線路。在大多數(shù)情況下，直流線路并不接受全部電流，因此，電壓將上升到超過標(biāo)稱電壓600伏，到達(dá)約700伏線路電壓。
制動(dòng)電路中的緩沖與開關(guān)損失包括以下各項(xiàng)閘流管緩沖過程中，由于電路中電容器的充電與放電而造成的損失、GTO接通損失、GTO關(guān)斷損失、GTO電壓緩沖過程中，由于電容器的充電和放電，反而造成的損失、GTO電流緩沖過程中由于電路中電感器電流的增減而造成的損失、以及線路二極管電壓緩沖過程中，由于電路中電容器的充電與放電所造成的緩沖損失。
閘流晶體管緩沖電路損失的發(fā)生，是因?yàn)槊慨?dāng)變壓器初級(jí)繞組一側(cè)的GTO關(guān)斷時(shí)，其緩沖電路中的電容器被充電達(dá)到正或負(fù)700×0.9伏的電壓。電壓的極性取決于變壓器中電流的方向。在以上計(jì)算中曾假定直流電路電壓為700伏，還假定變壓器圈數(shù)比為0.9。每當(dāng)GTO放電時(shí)，這個(gè)電容器必須將其電壓完全消除。每個(gè)GTO接通和關(guān)斷的頻率是換流器基波頻率的兩倍。因此，每個(gè)緩沖電路在換流器每一基波周期中，有兩次充電和兩次放電。每次充電和每次放電都經(jīng)過緩沖電阻器。這個(gè)電阻器中的能量損失，不論是充電還是放電循環(huán)，都等于 1/2 ×C×V2，以瓦秒表示式中的C是以法拉表示的緩沖電容器的電容值;V是電容器中的電壓變化，等于700×1。1伏。為了求出所有三個(gè)閘流晶體管緩沖電路中的功率損失，可以使用下列公式制動(dòng)閘流管緩沖損失＝ 1/2 ×C×(700×0.9)2×4×F×3其中的F是以赫茲表示的換流器基波頻率，4是換流器每一基波周期中，充電和放電循環(huán)的總數(shù);3是閘流管緩沖電路的數(shù)目。當(dāng)電容值為1微法時(shí)，以上公式化為下面形式制動(dòng)閘流管緩沖損失＝2.4×F制動(dòng)GTO接通損失的計(jì)算，與換流器GTO接通損失的計(jì)算相同。從GTO制造廠提供的曲線上，得知陽極電流增長率di/dt等于85安每微秒，再使IGM等于5安培，從曲線上還可得知每個(gè)脈沖的能量損失為0.16瓦秒。根據(jù)這一數(shù)值，可以導(dǎo)出制動(dòng)GTO接通損失如下制動(dòng)GTO接通損失＝0.16×F×2×3＝0.96×F其中的F是換流器基波頻率;F×2是每秒內(nèi)每個(gè)制動(dòng)GTO接通的次數(shù);3是系統(tǒng)中制動(dòng)GTO的個(gè)數(shù)。
制動(dòng)GTO關(guān)斷損失的確定與換流器GTO關(guān)斷損失的計(jì)算方法相同。但是為簡單起見，假定GTO關(guān)斷的平均陽極電流為一個(gè)等于350安培的常數(shù)。使用350安培的數(shù)值在GTO制造廠提供的曲線上，可以求出每個(gè)脈沖有大約0.5瓦秒的損失。利用這一數(shù)值，可以導(dǎo)出下列表示制動(dòng)GTO關(guān)斷損失的公式如下制動(dòng)GTO關(guān)斷損失＝0.5×2×F×3＝3×F上式中，F(xiàn)是換流器基波頻率;2×F是每秒內(nèi)每個(gè)制動(dòng)GTO關(guān)斷次數(shù);3是系統(tǒng)中制動(dòng)GTO的個(gè)數(shù)。
制動(dòng)GTO電壓緩沖損失與換流器GTO電壓緩沖損失相似。當(dāng)制動(dòng)GTO關(guān)斷時(shí)，若工作電壓為700伏，則緩沖電路中的電容器被充電至700伏電壓。充電是通過一個(gè)二極管進(jìn)行的，因此，給電容器充電，幾乎沒有什么損失。當(dāng)把制動(dòng)GTO接通時(shí)，電容器必須通過一個(gè)電阻放電，將這一電壓消除。電阻中的能量損失等于存儲(chǔ)在電容器中的總能量，這一總能量為 1/2 ×C×V2。將這一能量乘以每秒內(nèi)電容器放電的次數(shù)，也就是乘以制動(dòng)GTO開關(guān)頻率或2乘換流器基波頻率，再乘以制動(dòng)GTO電壓緩沖電路的數(shù)目(3)，就得到功率損失如下
制動(dòng)GTO電壓緩沖損失＝ 1/2 ×C×7002×2×F×3使用一個(gè)容易等于2微法的緩沖電容器，以上方程可以化為以下形式制動(dòng)GTO電壓緩沖損失＝2.94×F正如換流器電壓緩沖電容器一樣，制動(dòng)緩沖電容器由于電流緩沖電感器和雜散電感，實(shí)際上充電也達(dá)700伏以上。然而，這種額外損失包括在電流緩沖公式中。
制動(dòng)電路電流緩沖損失與換流器電流緩沖損失相似。當(dāng)制動(dòng)GTO接通時(shí)，緩沖電感器中的電流增大。當(dāng)制動(dòng)GTO隨后關(guān)斷時(shí)，這一電流又減少到零，能量就消耗在緩沖電阻器中，不計(jì)轉(zhuǎn)移至電壓緩沖電容器去的能量。當(dāng)電流增長時(shí)，電感器中存儲(chǔ)的能量達(dá)到 1/2 ×L×(0.9×I)2，其中L為電感，0.9為變壓器圈數(shù)比，I是GTO關(guān)斷時(shí)的電動(dòng)機(jī)電流。因此，1.1×I是關(guān)斷時(shí)電感器中的電流。將這一能量乘以每秒內(nèi)電感器中電流減小的次數(shù)，即制動(dòng)GTO開關(guān)頻率或2乘換流器基波頻率，再乘以制動(dòng)GTO電流緩沖電路的數(shù)目(3)，就得到功率損失公式如下制動(dòng)GTO電流緩沖損失＝ 1/2 ×L×(0.9×I2)×2×F×3
由于變壓器制動(dòng)通常造成的電動(dòng)機(jī)電流接近額定電流值，于是在上述公式中，設(shè)電動(dòng)機(jī)平均電流在GTO關(guān)斷時(shí)為400安培。這樣，上述公式可得到進(jìn)一步簡化。若要求損失計(jì)算有更高的精確度，則可使用一個(gè)與電動(dòng)機(jī)均方根值電流成比例的電流，而不用400安培這一常數(shù)。設(shè)電流緩沖電感為7毫亨，再加上雜散電感3毫亨，上述公式化為制動(dòng)GTO電流緩沖損失＝3.9×F線路二極管緩沖損失是這樣產(chǎn)生的，每當(dāng)制動(dòng)GTO接通時(shí)，線路緩沖電容器就充電至線路電壓700伏每當(dāng)制動(dòng)GTO關(guān)斷時(shí)，電容器就放電將700伏化為0值。充電和放電都經(jīng)過緩沖電阻器。因此，每次接通或關(guān)斷，都產(chǎn)生等于 1/2 ×C×7002的損失。每秒鐘共有4×F次這樣的開關(guān)次數(shù)。在制動(dòng)變壓器電路所有三相中，線路二極管緩沖損失功率，可用下列公式表示制動(dòng)線路二極管緩沖損失＝ 1/2 ×C×7002×F×3用一個(gè)容量為0.5微法的緩沖電容器，以上公式化為制動(dòng)線路二極管緩沖損失＝1.47×F由于制動(dòng)變壓器線路的所有緩沖和開關(guān)損失，都能表示成一個(gè)常數(shù)乘以換流器基波頻率的形式的函數(shù)，為了節(jié)省微處理機(jī)的計(jì)算時(shí)間，把這些損失公式集中起來，成為一個(gè)合成公式。這個(gè)合成公式就是制動(dòng)開關(guān)損失＝14.7×F制動(dòng)電路每相的線路二極管，當(dāng)GTO關(guān)斷時(shí)，導(dǎo)通電流;而當(dāng)GTO接通時(shí)，GTO則導(dǎo)通電流。線路二極管的瞬時(shí)導(dǎo)通損失等于器件本身的瞬時(shí)壓降與器件導(dǎo)通的瞬間電流的乘積。由于需要的是平均功率損失，就選定一個(gè)平均二極管壓降1.2伏。此外，再選定一個(gè)流過二極管的平均電流。利用這些簡化，所有三個(gè)線路二極管的總和導(dǎo)通損失可由下列公式?jīng)Q定制動(dòng)電路二極管導(dǎo)通損失＝3×((1/1.1)×(0.9×I))×1.2×角度/180其中，1.1是變壓器圈數(shù)比;I是電動(dòng)機(jī)電流的均方根值;0.9將電動(dòng)機(jī)電流的均方根值化為電動(dòng)機(jī)電流平均值;1/1.1將電動(dòng)機(jī)電流平均值化為二極管電流平均值;1.2是二極管平均壓降;上式中的角度以度表示;角度代表在每180度中，制動(dòng)GTO關(guān)斷所占的角度;角度/180°為二極管導(dǎo)通時(shí)間在總時(shí)間中所占的百分率。
制動(dòng)GTO導(dǎo)通損失可用類似方法確定，使用1.8伏作為平均GTO壓降。于是得到這一損失公式如下
制動(dòng)GTO導(dǎo)通損失＝3×((1/1.1)×(0.9×I))×1.8×(180-角度)/180在這一公式中，用(180-角度)/180代替了原來的角度/180，為的是以前者表示GTO導(dǎo)通時(shí)間所占的時(shí)間百分率。
仔細(xì)看一下線路二極管和GTO導(dǎo)通損失公式假如這兩個(gè)器件的壓降一樣的話，則制動(dòng)電路中所有線路二極管和GTO的總共導(dǎo)通損失就可化為下式制動(dòng)導(dǎo)通損失＝3×((1/1.1)×(0.9×I))×電壓降這一簡單公式使兩個(gè)分別的公式大為簡化。式中的電壓降取為1.6伏，這是因?yàn)槎O管壓降為1.2伏而GTO的壓降為1.8伏的緣故。選擇1.6伏而不選實(shí)際平均值的1.5伏，是因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，GTO導(dǎo)通時(shí)間比二極管導(dǎo)通時(shí)間占有更大的時(shí)間百分率。將此1.6伏的壓降代入以上公式中，該公式就化為制動(dòng)導(dǎo)通損失＝3.9×I
在全波橋式整流器中的二極管，本身也有導(dǎo)通損失。不論GTO在如何工作，總的兩個(gè)二極管在導(dǎo)通電流。假定這些二極管的壓降為1.2伏，所有三相中二極管橋路導(dǎo)通損失由下列公式給出制動(dòng)橋路損失＝3×((1/1.1)×(0.9×I))×1.2×2其中，(1/1.1)×(0.9×I)是通過二極管的平均電流;I是電動(dòng)機(jī)電流的均方根值;1.2是通過一個(gè)二極管的壓降;2表示隨時(shí)都有兩個(gè)二極管在導(dǎo)通。這個(gè)公式可以簡化成下式制動(dòng)橋路損失＝5.9×I變壓器電阻損失為I2×R，其中I為電動(dòng)機(jī)電流或二次繞組電流;R是變壓器總電阻，這一總電阻包括變壓器初級(jí)繞組電阻和二次繞組電阻。這里的初級(jí)繞組電阻等于實(shí)際的初級(jí)繞組電阻乘以圈數(shù)比0.9的平方，以折算到二次繞組一邊。假定變壓器溫度為攝氏130度，變壓器電阻約為0.08歐姆。這一數(shù)值隨溫度而變化，但在大多數(shù)情況下，這種變化可以忽略不計(jì)。計(jì)算變壓器電阻損失的公式如下制動(dòng)變壓器電阻損失＝0.08×I2其中I是電動(dòng)機(jī)電流的均方根值。
變壓器的鐵心損失是由于鐵心中的磁通不斷變化造成的，鐵心損失與下面幾個(gè)因素有關(guān)，即頻率、決定激磁電壓的磁通密度最大值，激磁波形的形狀，以及變壓器的構(gòu)造。這里使用的變壓器的鐵心損失公式如下制動(dòng)變壓器鐵心損失＝307×10(0.4345×V/F-1.272)其中，V是變壓器出線端線至線間電壓的均方根值;F是換流器基波頻率。
當(dāng)頻率很低時(shí)，損失會(huì)占到系統(tǒng)總功率的一半以上。這時(shí)，為了能用(輸入功率-損失)/頻率這一公式，(即公式I)，來計(jì)算轉(zhuǎn)矩。以期實(shí)現(xiàn)任何類型的轉(zhuǎn)矩精確計(jì)算，就需要建立一個(gè)十分精確的損失模型。為了避開這一問題，研制出來一套查表表格，用以建立轉(zhuǎn)矩與輸入功率和頻率之間的關(guān)系。還有一種不同的查表表格，供查取自零至15每隔一赫茲的轉(zhuǎn)速計(jì)頻率所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。其中每個(gè)表格表示的都是轉(zhuǎn)矩和輸入功率之間的關(guān)系。在約為45赫茲的基本轉(zhuǎn)速以下的頻率范圍內(nèi)，對(duì)于所有轉(zhuǎn)速和載荷情況，加給電動(dòng)機(jī)的都是相同的電壓。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和輸入功率之間，存在著一個(gè)確定的關(guān)系，也就是，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，輸入功率也隨之增大。因此，為了計(jì)算轉(zhuǎn)矩，只是簡單地計(jì)算輸入功率，并利用這一轉(zhuǎn)矩/功率關(guān)系求得答案。這一方法在實(shí)際上還是可行的。應(yīng)用損失模型以計(jì)算這些轉(zhuǎn)矩/功率關(guān)系。這種計(jì)算是在每種轉(zhuǎn)速下脫機(jī)單另進(jìn)行的。計(jì)算的結(jié)果編成一個(gè)查表表格，以供微處理機(jī)在計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)聯(lián)機(jī)使用。
當(dāng)頻率較高時(shí)，更宜于采用聯(lián)機(jī)進(jìn)行的損失計(jì)算法，因?yàn)檫@一方法有著更大的靈活性，如不要求總是在不變的每赫茲伏數(shù)下運(yùn)行。在基本轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，這種在每赫茲伏數(shù)不變的情況下運(yùn)行是作不到的，使用查表法也會(huì)非常困難，因?yàn)槿绻脒@樣作，微處理機(jī)就必須對(duì)電壓差作出補(bǔ)償，而這種補(bǔ)償是非常困難的。
雖然查表法能夠進(jìn)行低頻率工況下的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，而聯(lián)機(jī)進(jìn)行的損失模型計(jì)算法則不能，但對(duì)于低于10赫茲的非常低的頻率，用任何根據(jù)只讀輸入功率的方法，實(shí)際上難以進(jìn)行制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。當(dāng)運(yùn)行在這些非常低的頻率時(shí)，轉(zhuǎn)矩和輸入功率之間不復(fù)存在一定的函數(shù)關(guān)系，可供計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩之用。若希望電動(dòng)機(jī)在這樣低的頻率下作制動(dòng)運(yùn)行，由于存在上述測(cè)定轉(zhuǎn)矩的困難，可以使用一種開環(huán)式的電動(dòng)機(jī)控制。
附圖中所用編號(hào)的說明事項(xiàng) 編號(hào) 圖號(hào)直流電源 10 1電源 10 2直流電源 10 3換流器 12 1換流器 12 3交流電動(dòng)機(jī) 14 1三相交流電動(dòng)機(jī) 14 3載荷 16 1載荷 16 3轉(zhuǎn)矩傳感器 18 1電動(dòng)機(jī)控制器 20 1功率控制器 26 1
功率控制器 26 3限制器 32 3沖動(dòng)限制器 34 1沖動(dòng)限制器 34 3轉(zhuǎn)矩反饋確定 38 3轉(zhuǎn)速計(jì) 54 3電動(dòng)機(jī)控制器 62 3換流器與制動(dòng)合成 76 3制動(dòng)裝置 80 3算得功率＝線電壓×線電流 100 4A用于轉(zhuǎn)矩最后計(jì)算的WAS轉(zhuǎn)矩-功率表 102 4A轉(zhuǎn)速計(jì)頻率大于14.5赫茲 104 4A轉(zhuǎn)速計(jì)頻率≤12赫茲 106 4A查表法 108 4A查表法 108 5A
損失法 109 4A轉(zhuǎn)矩計(jì)算損失法的使用說明 110 4A電動(dòng)機(jī)電流＝F(滑差)×電動(dòng)機(jī)端點(diǎn)總電壓×V/F不變時(shí)設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)端點(diǎn)電壓F(滑差)是一個(gè)查表表格 112 4A導(dǎo)通損失＝4.05×電動(dòng)機(jī)電流 114 4APWM或準(zhǔn)六步方式中開關(guān)損失＝312+1.2×開關(guān)電動(dòng)機(jī)電流電流×換流器頻率 116 4APWM或準(zhǔn)六步方式中緩沖損失＝〔(1.0×10-5×V2)+(1.35×10-5×I2)〕×F六步方式中緩沖損失＝〔(6.0×10-6×V2)+(5.3×10-5×I2)〕×F 118 4A
換流器損失＝導(dǎo)通損失+開關(guān)損失+緩沖損失 120 4B定子電阻損失＝3×定子電阻×(電動(dòng)機(jī)電流)2122 4BV/F不變范圍內(nèi)鐵心損失＝1864×換流器頻率/45在V/F不變范圍以上的鐵心損失＝1.162×((電動(dòng)機(jī)電壓)/(換流器頻率) )1.6×換流器頻率 124 4B雜散損失＝2.12×轉(zhuǎn)矩 126 4B諧波損失＝根據(jù)測(cè)得系統(tǒng)中諧波損失并存儲(chǔ)在三個(gè)表格中的數(shù)據(jù) 128 4B
電動(dòng)機(jī)損失＝定子電阻損失+鐵心損失+雜散損失+諧波損失 130 4B扇風(fēng)損失＝軸扇損失+轉(zhuǎn)子扇風(fēng)損失＝599×( (每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))/1800 )3132 4B開關(guān)損失＝14.7×換流器頻率 133 4C摩擦損失＝104×( (每分轉(zhuǎn)數(shù))/1800 ) 134 4B導(dǎo)通損失＝3.9×電動(dòng)機(jī)電流 135 4C
摩擦與扇風(fēng)損失＝摩擦損失+扇風(fēng)損失 136 4B橋路損失＝5.9×電動(dòng)機(jī)電流 137 4C制動(dòng)變壓器被短路 138 4C變壓器電阻損失＝0.08×(電動(dòng)機(jī)電流)2139 4C制動(dòng)損失＝4.05×電動(dòng)機(jī)電流 140 4C變壓器鐵心損失＝307×〔(0.4345× (變壓器電壓)/(換流器頻率) )-1.272〕 141 4C10制動(dòng)損失＝開關(guān)損失+導(dǎo)通損失+橋路損失+變壓器電阻損失+變壓器鐵心損失 142 4C
功率損失＝電動(dòng)機(jī)損失+摩擦損失+制動(dòng)損失+換流器損失 144 4D修正功率＝算得功率-功率損失 146 4DTEF＝ (修正功率)/(換流器頻率) 148 4D溢出 150 4D轉(zhuǎn)矩為負(fù) 152 4D將TEF固定在最大正轉(zhuǎn)矩 154 4D將TEF固定在最大負(fù)轉(zhuǎn)矩 156 4D查表法使用說明計(jì)算轉(zhuǎn)矩 160 5A轉(zhuǎn)速計(jì)頻率＜0 162 5ATEF＝( (額定轉(zhuǎn)矩)/(額定滑差) ) 164 5A×設(shè)計(jì)滑差
TERJ＜0 166 5A制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以算得時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)＜最小頻率 168 5AA＝轉(zhuǎn)速計(jì)頻率，1個(gè)字節(jié)＝ 1/64赫茲 170 5BB＝整數(shù)(A/64)＝表號(hào) 172 5BC＝自第一表至表頭區(qū)間距＝32×B 174 5BD＝第一表最上地址+C 176 5B調(diào)入轉(zhuǎn)矩計(jì)算表 178 5BE＝轉(zhuǎn)矩低值＝返回值 180 5BF＝D+32＝下個(gè)表的最上地址 182 5B調(diào)入轉(zhuǎn)矩計(jì)算表 184 5BG＝轉(zhuǎn)矩高值＝返回值 186 5B轉(zhuǎn)矩斜率＝G-E 188 5B
H＝B×64 190 5BI＝轉(zhuǎn)速余量＝轉(zhuǎn)速計(jì)頻率-H 192 5BJ＝總轉(zhuǎn)矩余量＝(轉(zhuǎn)矩斜率×I)26194 5BTEF＝算得轉(zhuǎn)矩＝E+J 196 5BL＝算得功率比例因子＝最后表列項(xiàng) 200 5C比例功率＝M(計(jì)算功率用的表)/(8×比例因子L) 202 5CN＝至表中點(diǎn)的區(qū)間距＝M×2-8204 5CN 14 206 5CN＝14 208 5CN -15 210 5C
N＝-15 212 5CP＝(在(15+N+最上表地址)處的表列值)×26214 5CP＝(在(15+N+1+最上表地址)處的表列值)×26216 5CQ＝轉(zhuǎn)矩斜率＝P-R 218 5C轉(zhuǎn)矩余量＝〔〔M-(N×28)〕×Q〕×2-8220 5CTEF＝返回值＝R+轉(zhuǎn)矩余量 222 5C
權(quán)利要求
1.一種確定交流電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的方法，該交流電動(dòng)機(jī)由一個(gè)受直流電源供電的換流器供給電能，確定轉(zhuǎn)矩的步驟包括根據(jù)電源輸給電動(dòng)機(jī)的直流電壓和電流，確定該電動(dòng)機(jī)的輸入功率；用一個(gè)有輸出頻率的轉(zhuǎn)速計(jì)，感測(cè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；按照電動(dòng)機(jī)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，建立電動(dòng)機(jī)速度與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率大于第一個(gè)預(yù)定頻率時(shí)，根據(jù)上述速度與轉(zhuǎn)矩關(guān)系，確定電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；當(dāng)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率低于上述第一個(gè)預(yù)定頻率時(shí)，利用預(yù)制的確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩關(guān)系的表格，以確定電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
2.如權(quán)利要求
1所述確定電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的方法，其中當(dāng)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率高于上述第一項(xiàng)定頻率時(shí)，包括以電動(dòng)機(jī)電流為依據(jù)，建立換流器損失的計(jì)算;以換流器頻率為依據(jù)，建立電動(dòng)機(jī)損失的計(jì)算;以電動(dòng)機(jī)速度為依據(jù)，建立摩擦扇風(fēng)損失的計(jì)算。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩包括以上述模型為依據(jù)，計(jì)算換流器和電動(dòng)機(jī)中各個(gè)功率損失之和;將算得的功率損失之和從電動(dòng)機(jī)的輸入功率中減除，以確定電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
4.如權(quán)利要求
1所述確定輸出轉(zhuǎn)矩的方法，其中當(dāng)轉(zhuǎn)速計(jì)頻率低于上述預(yù)定頻率時(shí)，包括制訂若干個(gè)轉(zhuǎn)矩與功率對(duì)應(yīng)數(shù)值表格，每一表格對(duì)應(yīng)一個(gè)不同于其他表格的電動(dòng)機(jī)預(yù)定速度，并給出對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率值的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。
專利摘要
一個(gè)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的兩種方法當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度低于某一預(yù)定速度時(shí)，使用為每一迭定電動(dòng)機(jī)速度制訂的轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)直流輸入功率的表格，來確定轉(zhuǎn)矩；而當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度高于該預(yù)定速度時(shí)，則根據(jù)直流輸入功率和換流器頻率，進(jìn)行各種功率損失的數(shù)學(xué)計(jì)算，從而求得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)B60L15/20GK86101150SQ86101150
公開日1986年10月15日 申請(qǐng)日期1986年1月30日
發(fā)明者哈比布·達(dá)德彼, 戴維德·約翰·舍羅, 拉蘭·格雷·米勒 申請(qǐng)人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan