一種雙饋電機的他控式控制方法及其雙饋電機系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機控制技術領域，尤其是涉及一種雙饋電機的他控式控制方法及其 雙饋電機系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 繞線轉子電機需要成本較低、節(jié)能高效的變頻調速系統(tǒng)，因此雙饋系統(tǒng)以其特有 的特點和優(yōu)勢受到越來越多的重視。在大多數(shù)場合下60% -100%部分調速范圍內，雙饋 系統(tǒng)的功率只相當于電機功率的1/3~1/4,可大大降低成本。而且，高壓繞線轉子電機的 轉子電壓要遠遠低于定子電壓，使用雙饋變頻系統(tǒng)可以實現(xiàn)通過低壓來控制高壓電機的目 的，比傳統(tǒng)高壓變頻器的成本要低很多。
[0003] 雙饋調速系統(tǒng)例如可以使用三相背靠背IGBT逆變橋結構的變頻器（四象限變頻 器），其分為電機側PWM逆變器和網(wǎng)側PWM整流器兩部分，可以實現(xiàn)真正意義上的雙饋調速。 它的控制策略可以采用矢量控制（自控式），對于風機、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，異步電動機轉子的輸入頻率是通過同軸的位置檢測器（編 碼器）自動控制的，這時輸入頻率能夠自動跟蹤電動機的轉差頻率。自控式雙饋調速系統(tǒng) 與異步電機矢量控制相同，其轉速隨負載變化，但他還具有調節(jié)電動機定子側無功功率的 功能。由于對變頻器的輸出可以自動控制，使系統(tǒng)有較強的調節(jié)能力，穩(wěn)定性也好，可以完 全避免失步現(xiàn)象，適用于有沖擊性負載、高性能應用的場合，例如可以用于風力發(fā)電、乳鋼 廠的連乳傳動、礦井提升機、水泥球磨機等場合，可以取得很好的控制效果。但是此種系統(tǒng) 需要轉子位置傳感器，而現(xiàn)場繞線轉子電機一般都沒有配套安裝編碼器，而且編碼器的安 裝也比較麻煩。因此，在風機、水栗等對調速要求不高的場合，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（繞線轉子異步電機）他控式方式又稱為同步工作方式。在他控式控制 方法中，由獨立的控制器控制變頻器的輸出頻率，即直接控制輸入電動機轉子的電壓頻率 f2，一般不需要用編碼器來檢測電機的轉子位置角度。由于f2滿足f2=sfi(其中s為電機 的轉差率，fl為電機的定子的電壓頻率）的關系式，所以電動機一定在對應于轉差率s的轉 速下運行，且不隨負載變化。此時的異步電動機的運行方式相當于轉子加交流勵磁的同步 電動機，其同步轉速隨著轉子輸入電壓的頻率變化而改變。
[0006] 他控式雙饋調速的電機具有同步電機的特點，但與之不同的是速度可調。但是，他 控式控制方式存在的合理VF曲線獲取困難、突加負載時易失步和過流、轉速追蹤實現(xiàn)困難 等缺陷也會在他控式雙饋調速中出現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[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、減小無功電流的雙饋電機的 他控式控制方法及其雙饋電機系統(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)的雙饋電機的 他控式控制方法及其雙饋電機系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的一些實施例中提供了一種雙饋電機的他控式控制方法。該方法包括：計 算電機的轉子的反電勢電壓，并將該反電勢電壓定向到d軸或q軸；根據(jù)轉子的無功電流或 者無功功率計算d軸或者q軸上的無功優(yōu)化補償電壓；將反電勢電壓和無功優(yōu)化補償電壓 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 ;將該控制電壓通過逆變 器轉換為三相電壓加載到電機的轉子的電壓輸入端。
[0010] 本發(fā)明的一些實施例中，該控制電機的方法還包括：根據(jù)轉子的電流和轉子的電 阻計算d軸和q軸上的轉矩提升補償電壓，并且前述的將反電勢電壓和無功優(yōu)化補償電壓 求和獲得控制電壓的步驟包括：將反電勢電壓、無功優(yōu)化補償電壓和d軸上的轉矩提升補 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軸上的轉矩提升補償電 壓。
[0011] 本發(fā)明的一些實施例中，還提供了一種雙饋電機系統(tǒng)。該雙饋電機系統(tǒng)包括雙饋 電機、變頻器和控制器。變頻器連接到雙饋電機，并為雙饋電機的轉子提供控制電壓?？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的轉子。其中該控制器用于：計算 雙饋電機的轉子的反電勢電壓，并將所述反電勢電壓定向到d軸或q軸；根據(jù)轉子的無功電 流或者無功功率計算d軸或q軸上的無功優(yōu)化補償電壓；將反電勢電壓和無功優(yōu)化補償電 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 壓通過逆變器轉換為三相電壓加載到雙饋電機的轉子的電壓輸入端。
[0012] 本發(fā)明的一些實施例中，該雙饋電機系統(tǒng)的控制器還用于根據(jù)轉子的電流和轉子 的電阻計算d軸和q軸上的轉矩提升補償電壓，并且在計算控制電壓時，將反電勢電壓、無 功優(yōu)化補償電壓和d軸上的轉矩提升補償電壓求和獲得d軸上的控制電壓，并令q軸上的 控制電壓等于q軸上的轉矩提升補償電壓。
[0013] 本發(fā)明的一些實施例的控制方法和雙饋電機系統(tǒng)中，在計算控制電壓時，加入了 通過無功電流或者無功功率計算出的無功優(yōu)化補償電壓，實現(xiàn)了對無功電流沖擊或無功功 率的補償，減小了無功電流，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率和帶載能力。
[0014] 本發(fā)明的一些實施例的控制方法和雙饋電機系統(tǒng)中，在計算控制電壓時，加入了 無功優(yōu)化補償電壓和轉矩提升補償電壓，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，提高運行效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明一些實施例的雙饋電機系統(tǒng)的結構示意圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明一些實施例的雙饋電機的他控式控制方法的流程示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明一些實施例的雙饋電機經(jīng)過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)明另一些實施例的雙饋電機的他控式控制方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明的實施例中，提供了一種雙饋電機（例如，繞線轉子異步電機）的他控式控 制方法以及使用該方法的雙饋電機系統(tǒng)。
[0020] 本發(fā)明的一些實施例中，他控式雙饋調速系統(tǒng)（即雙饋電機系統(tǒng)）的示意圖如圖1 所示。該雙饋電機系統(tǒng)可以包括雙饋電機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1，并且在控制器3的控制下輸出控制電壓到雙饋電機1的轉子。 控制器3連接到變頻器2,并基于接收到的控制信號，控制變頻器2輸出到電機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1按照用戶期望的 方式工作。下面將結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例的雙饋電機的他控式控制方法的具體 步驟。
[0021 ] 本發(fā)明的實施例中，控制器3可以是與變頻器2分離的單獨的元件，也可以是與變 頻器2實現(xiàn)為一體的元件。例如，一些實施例中，控制器3可以是由變頻器2中的數(shù)字信號 處理器（DSP)或者其他具有運算和控制功能的電子器件實現(xiàn)的運算功能模塊。
[0022] 圖2為本發(fā)明一些實施例的雙饋電機的他控式控制方法的流程示意圖。
[0023] 如圖2所示，本發(fā)明的一些實施例中，在步驟100,可以計算電機的轉子的反電勢 電壓，并將該反電勢電壓定向到同步旋轉坐標系的d軸或者q軸上，從而獲得d軸上的反電 勢電壓或者q軸上的反電勢電壓。
[0024]B卩，本發(fā)明的實施例所提供的方法中，反電勢電壓可以定向到d軸上，也可以定向 到q軸上。下文中，將以反電勢電壓定向到d軸為例進行說明。但是，本領域技術人員可以 理解，反電勢電壓定向到q軸上的情況將與下文中以d軸為例的說明類似，并且本文中不再 特意進行詳細說明。
[0025] 本發(fā)明的實施例中，電機轉子的反電勢電壓可以用任何適合的方法計算。例如，一 些實施例中，可以檢測電機的定子的實際電壓，然后根據(jù)檢測到的定子的實際電壓、定子的 額定電壓、轉子開路電壓、定子電壓的電角速度和轉子電壓的目標電角速度來計算獲得轉 子的反電勢電壓。