一種雙饋電機(jī)的他控式控制方法及其雙饋電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙饋電機(jī)的他控式控制方法及其 雙饋電機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)需要成本較低、節(jié)能高效的變頻調(diào)速系統(tǒng)，因此雙饋系統(tǒng)以其特有 的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多的重視。在大多數(shù)場(chǎng)合下60% -100%部分調(diào)速范圍內(nèi)，雙饋 系統(tǒng)的功率只相當(dāng)于電機(jī)功率的1/3~1/4,可大大降低成本。而且，高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)的 轉(zhuǎn)子電壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于定子電壓，使用雙饋?zhàn)冾l系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)低壓來(lái)控制高壓電機(jī)的目 的，比傳統(tǒng)高壓變頻器的成本要低很多。
[0003] 雙饋調(diào)速系統(tǒng)例如可以使用三相背靠背IGBT逆變橋結(jié)構(gòu)的變頻器（四象限變頻 器），其分為電機(jī)側(cè)PWM逆變器和網(wǎng)側(cè)PWM整流器兩部分，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的雙饋調(diào)速。 它的控制策略可以采用矢量控制（自控式），對(duì)于風(fēng)機(jī)、水栗等等也可以采用他控式控制方 式。
[0004] 在自控式控制方式中，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的輸入頻率是通過(guò)同軸的位置檢測(cè)器（編 碼器）自動(dòng)控制的，這時(shí)輸入頻率能夠自動(dòng)跟蹤電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率。自控式雙饋調(diào)速系統(tǒng) 與異步電機(jī)矢量控制相同，其轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化，但他還具有調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子側(cè)無(wú)功功率的 功能。由于對(duì)變頻器的輸出可以自動(dòng)控制，使系統(tǒng)有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，穩(wěn)定性也好，可以完 全避免失步現(xiàn)象，適用于有沖擊性負(fù)載、高性能應(yīng)用的場(chǎng)合，例如可以用于風(fēng)力發(fā)電、乳鋼 廠的連乳傳動(dòng)、礦井提升機(jī)、水泥球磨機(jī)等場(chǎng)合，可以取得很好的控制效果。但是此種系統(tǒng) 需要轉(zhuǎn)子位置傳感器，而現(xiàn)場(chǎng)繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)一般都沒(méi)有配套安裝編碼器，而且編碼器的安 裝也比較麻煩。因此，在風(fēng)機(jī)、水栗等對(duì)調(diào)速要求不高的場(chǎng)合，不需要位置傳感器的控制方 案可能是更適合的。
[0005] 雙饋電機(jī)（繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)）他控式方式又稱為同步工作方式。在他控式控制 方法中，由獨(dú)立的控制器控制變頻器的輸出頻率，即直接控制輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓頻率 f2，一般不需要用編碼器來(lái)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角度。由于f2滿足f2=sfi(其中s為電機(jī) 的轉(zhuǎn)差率，fl為電機(jī)的定子的電壓頻率）的關(guān)系式，所以電動(dòng)機(jī)一定在對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)差率s的轉(zhuǎn) 速下運(yùn)行，且不隨負(fù)載變化。此時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式相當(dāng)于轉(zhuǎn)子加交流勵(lì)磁的同步 電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)子輸入電壓的頻率變化而改變。
[0006] 他控式雙饋調(diào)速的電機(jī)具有同步電機(jī)的特點(diǎn)，但與之不同的是速度可調(diào)。但是，他 控式控制方式存在的合理VF曲線獲取困難、突加負(fù)載時(shí)易失步和過(guò)流、轉(zhuǎn)速追蹤實(shí)現(xiàn)困難 等缺陷也會(huì)在他控式雙饋調(diào)速中出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減小無(wú)功電流的雙饋電機(jī)的 他控式控制方法及其雙饋電機(jī)系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠提高系統(tǒng)帶載能力和功率因數(shù)的雙饋電機(jī)的 他控式控制方法及其雙饋電機(jī)系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的一些實(shí)施例中提供了一種雙饋電機(jī)的他控式控制方法。該方法包括：計(jì) 算電機(jī)的轉(zhuǎn)子的反電勢(shì)電壓，并將該反電勢(shì)電壓定向到d軸或q軸；根據(jù)轉(zhuǎn)子的無(wú)功電流或 者無(wú)功功率計(jì)算d軸或者q軸上的無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電壓；將反電勢(shì)電壓和無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電壓 求和獲得d軸或者q軸上的控制電壓，q軸或d軸的控制電壓為0 ;將該控制電壓通過(guò)逆變 器轉(zhuǎn)換為三相電壓加載到電機(jī)的轉(zhuǎn)子的電壓輸入端。
[0010] 本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該控制電機(jī)的方法還包括：根據(jù)轉(zhuǎn)子的電流和轉(zhuǎn)子的電 阻計(jì)算d軸和q軸上的轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ)償電壓，并且前述的將反電勢(shì)電壓和無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電壓 求和獲得控制電壓的步驟包括：將反電勢(shì)電壓、無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電壓和d軸上的轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ) 償電壓求和獲得d軸上的控制電壓，并令q軸上的控制電壓等于q軸上的轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ)償電 壓。
[0011] 本發(fā)明的一些實(shí)施例中，還提供了一種雙饋電機(jī)系統(tǒng)。該雙饋電機(jī)系統(tǒng)包括雙饋 電機(jī)、變頻器和控制器。變頻器連接到雙饋電機(jī)，并為雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子提供控制電壓?？刂?器連接到變頻器，并控制變頻器輸出控制電壓到雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子。其中該控制器用于：計(jì)算 雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子的反電勢(shì)電壓，并將所述反電勢(shì)電壓定向到d軸或q軸；根據(jù)轉(zhuǎn)子的無(wú)功電 流或者無(wú)功功率計(jì)算d軸或q軸上的無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電壓；將反電勢(shì)電壓和無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電 壓求和獲得d軸或q軸上的控制電壓，q軸或d軸的控制電壓為0 ;控制變頻器將該控制電 壓通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為三相電壓加載到雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子的電壓輸入端。
[0012] 本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該雙饋電機(jī)系統(tǒng)的控制器還用于根據(jù)轉(zhuǎn)子的電流和轉(zhuǎn)子 的電阻計(jì)算d軸和q軸上的轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ)償電壓，并且在計(jì)算控制電壓時(shí)，將反電勢(shì)電壓、無(wú) 功優(yōu)化補(bǔ)償電壓和d軸上的轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ)償電壓求和獲得d軸上的控制電壓，并令q軸上的 控制電壓等于q軸上的轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ)償電壓。
[0013] 本發(fā)明的一些實(shí)施例的控制方法和雙饋電機(jī)系統(tǒng)中，在計(jì)算控制電壓時(shí)，加入了 通過(guò)無(wú)功電流或者無(wú)功功率計(jì)算出的無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)功電流沖擊或無(wú)功功 率的補(bǔ)償，減小了無(wú)功電流，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率和帶載能力。
[0014] 本發(fā)明的一些實(shí)施例的控制方法和雙饋電機(jī)系統(tǒng)中，在計(jì)算控制電壓時(shí)，加入了 無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償電壓和轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ)償電壓，能夠有效的穩(wěn)定氣隙磁鏈，提高帶載能力，并且還 可以優(yōu)化系統(tǒng)功耗，提高運(yùn)行效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明一些實(shí)施例的雙饋電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明一些實(shí)施例的雙饋電機(jī)的他控式控制方法的流程示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明一些實(shí)施例的雙饋電機(jī)經(jīng)過(guò)繞組歸算和頻率歸算后的穩(wěn)定T型等效 電路圖。
[0018] 圖4是本發(fā)明另一些實(shí)施例的雙饋電機(jī)的他控式控制方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明的實(shí)施例中，提供了一種雙饋電機(jī)（例如，繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)）的他控式控 制方法以及使用該方法的雙饋電機(jī)系統(tǒng)。
[0020] 本發(fā)明的一些實(shí)施例中，他控式雙饋調(diào)速系統(tǒng)（即雙饋電機(jī)系統(tǒng)）的示意圖如圖1 所示。該雙饋電機(jī)系統(tǒng)可以包括雙饋電機(jī)1、變頻器2和控制器3。變頻器2 (例如，四象限 變頻器）連接到雙饋電機(jī)1，并且在控制器3的控制下輸出控制電壓到雙饋電機(jī)1的轉(zhuǎn)子。 控制器3連接到變頻器2,并基于接收到的控制信號(hào)，控制變頻器2輸出到電機(jī)1的三相電 壓（例如，控制該控制電壓的幅值、頻率和/或相位等等），從而控制電機(jī)1按照用戶期望的 方式工作。下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的雙饋電機(jī)的他控式控制方法的具體 步驟。
[0021 ] 本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器3可以是與變頻器2分離的單獨(dú)的元件，也可以是與變 頻器2實(shí)現(xiàn)為一體的元件。例如，一些實(shí)施例中，控制器3可以是由變頻器2中的數(shù)字信號(hào) 處理器（DSP)或者其他具有運(yùn)算和控制功能的電子器件實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算功能模塊。
[0022] 圖2為本發(fā)明一些實(shí)施例的雙饋電機(jī)的他控式控制方法的流程示意圖。
[0023] 如圖2所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟100,可以計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)子的反電勢(shì) 電壓，并將該反電勢(shì)電壓定向到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸或者q軸上，從而獲得d軸上的反電 勢(shì)電壓或者q軸上的反電勢(shì)電壓。
[0024]B卩，本發(fā)明的實(shí)施例所提供的方法中，反電勢(shì)電壓可以定向到d軸上，也可以定向 到q軸上。下文中，將以反電勢(shì)電壓定向到d軸為例進(jìn)行說(shuō)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 理解，反電勢(shì)電壓定向到q軸上的情況將與下文中以d軸為例的說(shuō)明類似，并且本文中不再 特意進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 本發(fā)明的實(shí)施例中，電機(jī)轉(zhuǎn)子的反電勢(shì)電壓可以用任何適合的方法計(jì)算。例如，一 些實(shí)施例中，可以檢測(cè)電機(jī)的定子的實(shí)際電壓，然后根據(jù)檢測(cè)到的定子的實(shí)際電壓、定子的 額定電壓、轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓、定子電壓的電角速度和轉(zhuǎn)子電壓的目標(biāo)電角速度來(lái)計(jì)算獲得轉(zhuǎn) 子的反電勢(shì)電壓。