專利名稱：異步電機(jī)磁鏈的在線觀測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種觀測(cè)電機(jī)參數(shù)技術(shù)，特別是一種異步電機(jī)磁鏈的在線觀測(cè)方法。
在異步電機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域中，為了獲得高性能，一般都設(shè)有磁鏈閉環(huán)，因而作為磁鏈反饋信號(hào)用的在線觀測(cè)電機(jī)磁鏈單元是必不可少的，如在線觀測(cè)定子磁鏈單元[參文1朱鵬程，康勇，陳堅(jiān).異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)研究.電力電子技術(shù)，2003，(1)44-46.]和在線觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈單元[參文2崔俊國，陶生桂.上海地鐵2號(hào)線車輛交流傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析.機(jī)車電傳動(dòng)，2002，(1)29-34.]。上述二種在線觀測(cè)磁鏈單元在電機(jī)起動(dòng)和低速區(qū)間都是根據(jù)電機(jī)電流模型而構(gòu)成的，但所用的電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)不能自適應(yīng)電機(jī)實(shí)時(shí)溫度的變化，由此帶來磁鏈觀測(cè)誤差大，引起電機(jī)欠勵(lì)或過勵(lì)，導(dǎo)致起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小和變頻器起動(dòng)電流大，從而顯著地提高了產(chǎn)品成本。
本發(fā)明的目的是提供一種異步電機(jī)磁鏈的在線觀測(cè)方法，并具有轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)自適應(yīng)電機(jī)實(shí)時(shí)溫度變化的功能。
在含有異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元的條件下，本發(fā)明的技術(shù)方案是在定子靜座標(biāo)系或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速座標(biāo)系或同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系下，定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)式均使用了異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元的觀測(cè)值；在電機(jī)轉(zhuǎn)速為零亦即轉(zhuǎn)差角頻率等于定子角頻率的情況下，定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)式均保持不變而照常工作。
在同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系下的定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)式中，使該式內(nèi)的微分項(xiàng)都等于零，即能得出定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的初始值。
對(duì)同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的二維座標(biāo)軸上電流及電壓的二維分量各自進(jìn)行數(shù)字濾波處理，即是對(duì)在時(shí)間跨度上等于一個(gè)定子角頻率周期時(shí)間長的采樣數(shù)據(jù)群，取其平均值的處理方法。
上述的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元技術(shù)則來自已經(jīng)授權(quán)的專利號(hào)ZL02277160.3，所需輸入有電機(jī)定子電流、電機(jī)定子電壓、定子角頻率及轉(zhuǎn)差角頻率或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速角頻率。
附

圖1為方框圖，圖中符號(hào)和本說明書所用其它符號(hào)的含義現(xiàn)說明如下。
0A為在線觀測(cè)異步電機(jī)磁鏈的方框圖。
ψ1、ψ2分別為定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈，并向外輸出。
I1、V1分別為電機(jī)定子電流、電機(jī)定子電壓。
L1、L2、M分別為定子自感、轉(zhuǎn)子自感、定轉(zhuǎn)子間互感。
σ為漏磁系數(shù)，σ＝1-M2/(L1L2)。
ω1、ω2、ωM分別為定子角頻率、轉(zhuǎn)差角頻率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速角頻率，ω2＝ω1-ωM。
P＝d/dt，為微分符號(hào)。
T2為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，即異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元的觀測(cè)值。
各符號(hào)的下標(biāo)”α，β“、”X，Y“、”D，Q“分別代表定子靜座標(biāo)系、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速座標(biāo)系、同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的二維座標(biāo)軸。
ωM＝2πpN/60，p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)，N為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)/分)。
(A)、在定子靜座標(biāo)系(α，β)下，以I1及ωM為輸入，ψ2或ψ1為輸出，其磁鏈的觀測(cè)式為I1＝I1α+jI1β，ψ2＝ψ2α+jψ2β，ψ1＝ψ1α+jψ1β，而V1＝V1a+jV1β，(1+T2P)ψ2α＝MI1α-ωMT2ψ2β(1+T2P)ψ2β＝MI1β+ωMT2ψ2αψ1α＝σL1I1α+(M/L2)ψ2αψ1β＝σL1I1β+(M/L2)ψ2β(B)、在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速座標(biāo)系(X，Y)下，不同的是先將定子靜座標(biāo)系(α，β)的參數(shù)經(jīng)過座標(biāo)變換到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速座標(biāo)系(X，Y)中進(jìn)行磁鏈的觀測(cè)式計(jì)算，以I1為輸入，ψ2或ψ1為輸出，如有需要再將所得計(jì)算結(jié)果經(jīng)座標(biāo)反變換到定子靜座標(biāo)系(α，β)中來。此種情況下的磁鏈的觀測(cè)式為I1＝I1X+jI1Y，ψ2＝ψ2X+jψ2Y，ψ1＝ψ1X+jψ1Y，而V1＝V1X+jV1Y，(1+T2P)ψ2X＝MI1X(1+T2P)ψ2Y＝MI1Yψ1X＝σL1I1X+(M/L2)ψ2Xψ1Y＝σL1I1Y+(M/L2)ψ2Y(C)、在同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系(D，Q)下，不同的是先將定子靜座標(biāo)系(α，β)的參數(shù)經(jīng)過座標(biāo)變換到同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系(D，Q)中進(jìn)行磁鏈的觀測(cè)式計(jì)算，以I1及ω2為輸入，ψ2或ψ1為輸出，如有需要再將所得計(jì)算結(jié)果經(jīng)座標(biāo)反變換到定子靜座標(biāo)系(α，β)中來。此種情況下的磁鏈的觀測(cè)式為I1＝I1D+jI1Q，ψ2＝ψ2D+jψ2Q，ψ1＝ψ1D+jψ1Q，而V1＝V1D+jV1Q，(1+T2P)ψ2D＝MI1D+ω2T2ψ2Q(1+T2P)ψ2Q＝MI1Q-ω2T2ψ2D
ψ1D＝σL1I1D+(M/L2)ψ2Dψ1Q＝σL1I1Q+(M/L2)ψ2Q上述各種座標(biāo)系中的磁鏈的觀測(cè)式既可用硬件實(shí)現(xiàn)也可用軟件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，還需知道磁鏈的初始值，由于同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系(D，Q)中的信號(hào)為直流，故在其中計(jì)算較為簡便，這時(shí)使同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系(D，Q)的磁鏈的觀測(cè)式中的微分項(xiàng)都等于零(P＝0)即可，從而得出結(jié)果如下ψ2D0＝M(ω20T2I1Q0+I1D0)/(1+(ω20T2)2)ψ2Q0＝M(-ω20T2I1D0+I1Q0)/(1+(ω20T2)2)ψ1D0＝σL1I1D0+(M/L2)ψ2D0ψ1Q0＝σL1I1Q0+(M/L2)ψ2Q0在上列式中，上標(biāo)“0”代表初始值。
為了使電機(jī)磁路及變頻器電流在起動(dòng)時(shí)均得到充分有效的利用從而大幅度降低產(chǎn)品成本和其體積重量，因而如何在電機(jī)正式起動(dòng)前將其磁路準(zhǔn)確預(yù)勵(lì)磁到額定磁鏈值(既不欠勵(lì)，也不過勵(lì))則成為一個(gè)關(guān)鍵問題。
在電機(jī)正式起動(dòng)前的預(yù)勵(lì)磁時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，這時(shí)ωm＝0及ω2＝ω1，并ω1取值較小。又由于電機(jī)的熱慣性時(shí)間常數(shù)很大，T2值變化十分緩慢，在預(yù)勵(lì)磁的短暫時(shí)間內(nèi)，T2值可視為不變。由變頻調(diào)速總控制系統(tǒng)中的磁鏈閉環(huán)來控制定子電流大小，使得ψ1或ψ2發(fā)生變化，當(dāng)ψ1或ψ2達(dá)到所期望值時(shí)，電機(jī)的預(yù)勵(lì)磁階段即告結(jié)束而轉(zhuǎn)入正式起動(dòng)。
為了減少信號(hào)諧波成分帶來的影響，對(duì)同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的二維座標(biāo)軸上電流及電壓的二維分量(即I1D、I1Q、V1D及V1Q)各自進(jìn)行數(shù)字濾波處理，即是對(duì)在時(shí)間跨度上等于一個(gè)定子角頻率周期時(shí)間長的采樣數(shù)據(jù)群，取其平均值(或加權(quán)平均值)的處理方法，都十分有利于提高預(yù)勵(lì)磁的精度。
在變頻調(diào)速器中，常使用不同的座標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算，但在計(jì)算無功功率WG、有功功率YG及定子電流平方值IK方面，卻又有一致的格式，現(xiàn)根據(jù)電機(jī)學(xué)述說加下，以有利于對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元技術(shù)的了解。WG＝V1n×I1m-V1m×I1n，YG＝V1m×I1m+V1n×I1n，IK＝I1m2+I1n2，式中V1，I1分別代表電機(jī)定子電壓及電機(jī)定子電流。當(dāng)下標(biāo)m＝α，n＝β時(shí)，為定子靜座標(biāo)系。當(dāng)下標(biāo)m＝X，n＝Y(jié)時(shí)，為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速座標(biāo)系。當(dāng)下標(biāo)m＝D，n＝Q時(shí)，為同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系。
本發(fā)明的優(yōu)特點(diǎn)是一、能在不同的座標(biāo)系和電機(jī)轉(zhuǎn)速為零的情況下，對(duì)定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行觀測(cè)，并從根本上消除了電機(jī)實(shí)時(shí)溫度變化對(duì)電機(jī)定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)值所造成的誤差。
二、所具有的磁鏈初始值的取得和減少信號(hào)諧波成分帶來的影響等功能又使定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)精度大大提高一步，這對(duì)于電機(jī)正式起動(dòng)前的預(yù)勵(lì)磁來說尤為重要。
三、電機(jī)正式起動(dòng)前的準(zhǔn)確預(yù)勵(lì)磁更使得直接轉(zhuǎn)矩控制式或轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制式變頻調(diào)速器獲得了高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及低變頻調(diào)速器起動(dòng)電流亦即低產(chǎn)品成本等可貴性能。對(duì)于定子磁鏈或定子電壓定向控制的變頻調(diào)速器來說，能通過定子磁鏈閉環(huán)調(diào)節(jié)定子電阻設(shè)定值來控制定子電流大小以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)勵(lì)磁。
四、一旦電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來后，由于動(dòng)磨擦系數(shù)小于靜磨擦系數(shù)，又由于軸承室中油膜已經(jīng)建立起來，故負(fù)載轉(zhuǎn)矩變小，從這以后即使中止轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)T2的在線觀測(cè)，對(duì)一般負(fù)載而言，也能順利升速。
權(quán)利要求
1.一種異步電機(jī)磁鏈的在線觀測(cè)方法，含有異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元，其特征是在定子靜座標(biāo)系或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速座標(biāo)系或同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系下，定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)式均使用了異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元的觀測(cè)值；在電機(jī)轉(zhuǎn)速為零亦即轉(zhuǎn)差角頻率等于定子角頻率的情況下，定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)式均保持不變而照常工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線觀測(cè)方法，其特征是在同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系下的定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)式中，使該式內(nèi)的微分項(xiàng)都等于零，即能得出定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的初始值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線觀測(cè)方法，其特征是對(duì)同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的二維座標(biāo)軸上電流及電壓的二維分量各自進(jìn)行數(shù)字濾波處理，即是對(duì)在時(shí)間跨度上等于一個(gè)定子角頻率周期時(shí)間長的采樣數(shù)據(jù)群，取其平均值的處理方法。
全文摘要
一種異步電機(jī)磁鏈的在線觀測(cè)方法，含有異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線觀測(cè)單元，在不同的座標(biāo)系和電機(jī)轉(zhuǎn)速即使為零的情況下，能從根本上消除了電機(jī)實(shí)時(shí)溫度變化對(duì)電機(jī)定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)值所造成的誤差。另外所具有的磁鏈初始值的取得和減少信號(hào)諧波成分帶來的影響等功能又使定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)精度大大提高一步。電機(jī)正式起動(dòng)前的準(zhǔn)確預(yù)勵(lì)磁更使得直接轉(zhuǎn)矩控制式或轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制式或定子磁鏈定向控制式或定子電壓定向控制式的變頻調(diào)速器獲得了高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及低變頻調(diào)速器起動(dòng)電流亦即低產(chǎn)品成本等可貴性能。
文檔編號(hào)G01R31/34GK1651927SQ20041002286
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者盧驥 申請(qǐng)人:盧驥