V/f控制的感應電機在弱磁區(qū)的加速方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及感應電機的加速控制方法，具體涉及V/f控制的感應電機在弱磁區(qū)的 加速方法。
【背景技術】
[0002] 當前，采用弱磁控制、具備高速控制性能的交流調速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應用于數(shù)控 機床主軸驅動和電動汽車等領域。
[0003] 電機轉速超過基速以后，由于逆變器輸出電壓達到最大值，為了滿足電機轉速升 高所需的轉子反電動勢，通常是降低感應電動機的磁通，即采用弱磁控制方法以減小反電 動勢。而傳統(tǒng)的弱磁控制方法是使得轉子勵磁反比于轉速，但是不能提供最大轉矩輸出，嚴 重影響了電機的運行性能。
[0004] 在v/f控制的感應電機的弱磁區(qū)，較小的定子頻率加速值不能提供足夠大的轉矩 用于電機加速，從而使得電機轉子的加速過程變得較長，然而較大的定子頻率加速值會導 致過電流關斷和系統(tǒng)崩潰。另外，當電機轉速超過基速以后，漏感參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重 大影響，如果漏感參數(shù)被低估，感應電機沒有穩(wěn)定的工作點。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的一個實施例提供了一種V/f控制的感應電機在弱磁區(qū)的 加速方法，包括下列步驟：
[0006] 1)獲得所述感應電機在當前定子頻率下的空載勵磁電流1";
[0007] 2)選取0. 5 '(l/ 〇 +1)與（1"2+ 〇 )八1"+ 〇IJ的較小值作為勵磁電流設定值，〇 為預估的總漏感系數(shù)；
[0008] 3)將所述勵磁電流設定值減去所述感應電機的勵磁電流得到誤差信號；
[0009] 4)根據(jù)作為負反饋的控制量的誤差信號確定下個控制周期的定子頻率。
[0010] 優(yōu)選的，在所述步驟4)中，根據(jù)作為負反饋的控制量的誤差信號得到作為被控制 量的定子頻率加速值，根據(jù)所述定子頻率加速值確定下個控制周期的定子頻率。
[0011] 優(yōu)選的，在所述步驟4)中，當確定的下個控制周期的定子頻率大于預定的定子頻 率時，將下個控制周期的定子頻率設定為所述預定的定子頻率。
[0012] 優(yōu)選的，所述負反饋控制器為比例積分控制器，在所述步驟4)中，所述定子頻率 加速值等于所述誤差信號乘以Kp+l/s，其中Κρ為比例調節(jié)系數(shù)，&為積分調節(jié)系數(shù)，s代表 頻域。
[0013] 優(yōu)選的，所述負反饋控制器為比例積分控制器，在所述步驟4)中，所述定子頻率 加速值等于所述誤差信號乘以（Kp+l/s) /ωe (η)，其中Κρ為比例調節(jié)系數(shù)，&為積分調節(jié)系 數(shù)，s代表頻域，ωε(η)為所述當前的定子頻率標幺值。
[0014] 優(yōu)選的，在所述步驟1)中，將所述感應電機的額定空載勵磁電流除以當前定子頻 率標么值得到所述空載勵磁電流。
[0015] 優(yōu)選的，在所述步驟2)中，根據(jù)感應電機離線參數(shù)辨識方法預估所述總漏感系 數(shù)。
[0016] 本發(fā)明的一個實施例提供了一種V/f控制法，包括如上所述的V/f控制的感應電 機在弱磁區(qū)的加速方法。
[0017] 本發(fā)明的一個實施例提供了一種V/f控制的感應電機在弱磁區(qū)的加速系統(tǒng)，包 括：
[0018] 空載勵磁電流獲取裝置，用于獲得所述感應電機在當前定子頻率下的空載勵磁電 流Im ;
[0019] 勵磁電流設定裝置，用于選取0. 5 ·Ιη(1/σ +1)與（Ιη2+σ V(In+o In)的較小值作 為勵磁電流設定值，σ為預估的總漏感系數(shù)；
[0020] 誤差信號計算裝置，用于將所述勵磁電流設定值減去所述感應電機的勵磁電流得 到誤差信號；
[0021] 定子頻率確定裝置，用于根據(jù)作為負反饋的控制量的誤差信號確定下個控制周期 的定子頻率。
[0022] 優(yōu)選的，所述定子頻率確定裝置包括：
[0023] 負反饋控制器，用于根據(jù)作為負反饋的控制量的誤差信號得到作為被控制量的定 子頻率加速值；以及
[0024] 定子頻率計算裝置，用于根據(jù)所述定子頻率加速值確定下個控制周期的定子頻 率。
[0025] 優(yōu)選的，所述定子頻率確定裝置還包括定子頻率限制裝置，用于當確定的下個控 制周期的定子頻率大于預定的定子頻率時，將下個控制周期的定子頻率設定為所述預定的 定子頻率。
[0026] 優(yōu)選的，所述負反饋控制器為比例積分控制器，所述定子頻率加速值等于所述誤 差信號乘以Kp+l/s，其中Κρ為比例調節(jié)系數(shù)，&為積分調節(jié)系數(shù)，s代表頻域。
[0027] 優(yōu)選的，所述負反饋控制器為比例積分控制器，所述定子頻率加速值等于所述誤 差信號乘以（Kp+KysVcoJn)，其中Κρ為比例調節(jié)系數(shù)，&為積分調節(jié)系數(shù)，s代表頻域， ω?為所述當前的定子頻率標幺值。
[0028] 優(yōu)選的，所述空載勵磁電流獲取裝置用于將所述感應電機的額定空載勵磁電流除 以當前定子頻率標么值得到所述空載勵磁電流。
[0029] 優(yōu)選的，所述勵磁電流設定裝置還用于根據(jù)感應電機離線參數(shù)辨識方法預估所述 總漏感系數(shù)。
[0030] 本發(fā)明的一個實施例提供了一種V/f控制系統(tǒng)，包括如上所述的V/f控制的感應 電機在弱磁區(qū)的加速系統(tǒng)。
[0031] 本發(fā)明的加速方法能夠在弱磁區(qū)提供最大的轉矩輸出，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定條件下具 有較快的加速，并具有較大的漏感系數(shù)估算誤差的容忍性。
【附圖說明】
[0032] 以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明，其中：
[0033] 圖1是直角坐標系中勵磁電流和轉矩電流在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和最大電流限定時的 函數(shù)圖像。
[0034] 圖2是本發(fā)明較佳實施例的V/f控制的感應電機在弱磁區(qū)的加速方法的流程圖。
[0035] 圖3是采用現(xiàn)有的加速方法中定子頻率-時間圖像和相應的電機轉速-時間圖 像。
[0036] 圖4是采用本發(fā)明的加速方法中定子頻率-時間圖像和相應的電機轉速-時間圖 像。
[0037] 圖5示出了在不同的總漏感系數(shù)估算誤差下采用本發(fā)明的加速方法的電機轉 速-時間圖像。
[0038] 圖6示出了在不同的總漏感系數(shù)估算誤差下采用現(xiàn)有的矢量控制加速方法的電 機轉速-時間圖像。
[0039] 圖7是本發(fā)明較佳實施例的V/f控制的感應電機在弱磁區(qū)的加速系統(tǒng)的結構框 圖。
【具體實施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖通過具體實 施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明。
[0041] 在d_q坐標系下，感應電機的動力學模型由方程（1)和⑵表示如下：
[0044]其中p是微分算符，Vsd是定子磁鏈d軸分量，！l^d是轉子磁鏈d軸分量，Vsq是 定子磁鏈q軸分量，％是轉子磁鏈q軸分量，L"、Ls、k分別是勵磁電感、定子電感和轉子 電感，其中1^2 = 1^(1-〇)，〇是總漏感系數(shù)，isd是定子電流d軸分量，isq是定子電流q 軸分量，是轉子電流d軸分量，L是轉子電流q軸分量，usd是定子電壓d軸分量，usq是 定子電壓q軸分量，別是定子頻率、轉差頻率，&和&分別是定子電阻和轉子電 阻。
[0045] 相應地，感應電機輸出的轉矩?；由方程（3)表示如下：
[0046]Te =np(isq￥sd-isd￥sq) (3)
[0047] 其中np是電極對數(shù)。
[0048] 本申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，當感應電機在弱磁區(qū)高速運行時，由于定子頻率（即變 頻器輸出頻率）特別高，定子電阻可以被忽略，從而得到定子電壓方向與定子的電動勢方 向一致，定子磁鏈d軸分量的穩(wěn)態(tài)值和瞬態(tài)值同時為零，因此定子磁鏈Vsdq滿足Vsd = 0， 根據(jù)方程（2)可得ursq = _usd/〇^。因此根據(jù)方程（3)得到?； =npisdusd/〇^。由此可知， 轉矩與轉矩電流成正比，為了使得感應電機在弱磁區(qū)加速過程中具有最大轉矩輸出，就應 設法使得isd最大。下面，申請人基于定子的電動勢定向處理（即定子電壓方向與定子的電 動勢方向一致），推導轉矩電流isd和勵磁電流的函數(shù)關系。
[0049] 將定子磁鏈(滿足Vsd = 〇,Vsq = _usd/c〇J代入方程⑴可得轉子磁鏈 需滿足如下方程（4)