專(zhuān)利名稱(chēng)：感應(yīng)電機(jī)中的弱磁控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)電機(jī)中的控制方法，尤其涉及感應(yīng)電機(jī)中的弱磁控制方法，用于控制感應(yīng)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)。
通常，感應(yīng)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。
當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成比例增加時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生反電動(dòng)勢(shì)變得大于加到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓的情況，因此，為避免這種情況發(fā)生，實(shí)施弱磁控制，以與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成反比地減小磁通。換言之，與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成反比地減小磁通用于減小轉(zhuǎn)矩并用于防止反電動(dòng)勢(shì)增加到大于驅(qū)動(dòng)電壓。
然而，當(dāng)磁通與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成反比地減小時(shí)，會(huì)在高速區(qū)失去大量驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而按照下列方式進(jìn)行弱磁控制，以便使高速區(qū)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大。感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通在弱磁區(qū)的控制中的值如下列公式1所示。λdre=Lmidse]]>其中，λdre轉(zhuǎn)子磁通Lm磁化電感idse同步調(diào)節(jié)磁通的電流按照公式1的轉(zhuǎn)子磁通可以通過(guò)由公式2確定的逆變器的電壓和電流限制條件的聯(lián)立方程解，和與公式3對(duì)應(yīng)的定子聯(lián)立調(diào)節(jié)(coordinate)電壓方程組來(lái)獲得。Vdse2+Vqse2≤Vsmax2]]>
其中，idse同步調(diào)節(jié)磁通電流iqse同步調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩電流Vdse同步調(diào)節(jié)磁通電壓，和Vqse同步調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩電壓。上述公式2中的電壓限制值Vsmax是由一般的逆變器直流電壓和電壓調(diào)制方法確定的，而電流限制值Ismax是由半導(dǎo)體元件熱額定值和電流額定值來(lái)獲得的。這里，如果感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通在正常狀態(tài)下運(yùn)行，則用于獲得感應(yīng)電機(jī)同步調(diào)節(jié)電壓的方程式可由下列公式3給出。Vqse=rsidse+ωeLsidse]]>Vdse=rsidse-ωeLσiqse]]>其中，rs定子電阻值ωe轉(zhuǎn)速Ls定子電感，和Lσ漏電感如上所述，當(dāng)將公式2和公式3聯(lián)合時(shí)，電流平面上的電壓限制以橢圓表示，而電流限制以圓形確定，如圖3所示，其中，橢圓和圓形的內(nèi)重合區(qū)表示相應(yīng)于可操作狀態(tài)的電流命令。
當(dāng)然，上述定子同步調(diào)節(jié)的電壓方程是在假定轉(zhuǎn)子磁通處于正常狀態(tài)(即，速度和負(fù)載在恒定狀態(tài))的情況下給出的。在橢圓和圓形之間的一個(gè)連接點(diǎn)形成的第1號(hào)弱磁區(qū)，其轉(zhuǎn)子磁通和用于轉(zhuǎn)矩部分的電流由公式4表示，而在不形成橢圓和圓形之間的連接點(diǎn)的第2號(hào)弱磁區(qū)(超高速狀態(tài))，其轉(zhuǎn)子磁通和用于轉(zhuǎn)矩部分的電流由公式5定義。λdre=Lm(Vsmax/ωe)2-(LσIsmax)2Ls2-Lσ2]]>iqse=Ismax2-idse2]]>[公式5]λdre2=LmVmax2ωeLs]]>iqse2=Vsmax2ωeLs]]>換言之，上述用于感應(yīng)電機(jī)的弱磁控制方法假定電機(jī)是正常運(yùn)行狀態(tài)，其中，按照公式4和5，從整個(gè)電機(jī)運(yùn)行區(qū)減小同樣的反電動(dòng)勢(shì)，以便表達(dá)轉(zhuǎn)子磁通和用于轉(zhuǎn)矩部分的電流。
這里，如圖4所示，在時(shí)間是(1-X)時(shí)，感應(yīng)電機(jī)的速度輸入特性實(shí)驗(yàn)值達(dá)到4,400rpm(轉(zhuǎn)/分)，其中轉(zhuǎn)矩和磁通來(lái)自預(yù)定曲線。
然而，有一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)如上所述在假定感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)處于正常狀態(tài)的情況下進(jìn)行弱磁控制時(shí)，在感應(yīng)電機(jī)的過(guò)度狀態(tài)(當(dāng)加上負(fù)載并且當(dāng)速度增加或減小時(shí))下的轉(zhuǎn)矩變得很弱，這樣就使感應(yīng)電機(jī)的加速特性惡化，從而降低了感應(yīng)電機(jī)的總體效率。
公開(kāi)本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種感應(yīng)電機(jī)中的弱磁控制方法，該方法適于提高過(guò)度狀態(tài)下的感應(yīng)電機(jī)的加速特性，從而增加感應(yīng)電機(jī)的總體效率。
按照本發(fā)明的目的，提供了一種感應(yīng)電機(jī)中的弱磁控制方法，其中電壓限制在一橢圓中設(shè)定，而電流限制在電流平面上的一圓形中建立，其中，當(dāng)電機(jī)處于恒定速度的正常狀態(tài)且沒(méi)有施加負(fù)載時(shí)，X坐標(biāo)表示用于磁通部分的電流值，而Y坐標(biāo)定義用于轉(zhuǎn)矩部分的電流值，以便根據(jù)其連接點(diǎn)形成電流命令，用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這樣，橢圓電壓限制移動(dòng)到預(yù)定的負(fù)象限，其坐標(biāo)表示在過(guò)度狀態(tài)下用于轉(zhuǎn)矩部分的電流值，在過(guò)度狀態(tài)下形成加速度或施加負(fù)載，從而使過(guò)度狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩與正常狀態(tài)相比較而言增加。
為充分理解本發(fā)明的特性和目標(biāo)，需參考下列結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，附圖中

圖1是用于說(shuō)明在按照本發(fā)明的弱磁控制方法中的過(guò)度狀態(tài)的電流平面上的電流限制和電壓限制的圖；圖2是用于說(shuō)明利用按照本發(fā)明的弱磁控制方法的，感應(yīng)電機(jī)的速度輸入特性實(shí)驗(yàn)值的曲線圖；圖3是用于說(shuō)明在通常的感應(yīng)電機(jī)中的弱磁控制方法中的，在正常狀態(tài)和加速/減速過(guò)程中的電流平面上的電流和電壓限制的圖；和圖4是用于說(shuō)明圖3中的感應(yīng)電機(jī)的速度輸入特性的曲線圖。
圖1是用于說(shuō)明在按照本發(fā)明的弱磁控制方法中的過(guò)度狀態(tài)的電流平面上的電流限制和電壓限制的圖，圖中示出電壓限制范圍由一橢圓定義，而電流限制由圓形表示，電壓限制范圍相對(duì)于用于轉(zhuǎn)矩的電流移位了-(負(fù))δ。
按照?qǐng)D1的轉(zhuǎn)子磁通由下列公式6給出。
(其中，
)p微分算子τr轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)當(dāng)然，感應(yīng)電機(jī)在正常狀態(tài)下的磁通按照公式4和5來(lái)控制，然而，按照公式6的弱磁控制僅用于感應(yīng)電機(jī)處于過(guò)度狀態(tài)(在施加負(fù)載或加速/減速過(guò)程中)下的時(shí)候。
相應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁通過(guò)度狀態(tài)特性的同步調(diào)節(jié)定子電壓方程由下列公式7給出。Vqse=rsiqse+ωeλdse=rsidse+ωe(Lσidse+LmLrλdre)]]>Vdse=rsidse-ωeλqse=rsidse-ωeLσiqse]]>當(dāng)公式7與公式3聯(lián)合求解時(shí)，形成如圖1所示的電壓限制橢圓，它表示有-(負(fù))δ的移位，并且，當(dāng)獲得電壓限制橢圓和電流限制圓形之間的連接點(diǎn)時(shí)，可獲得用于轉(zhuǎn)子磁通部分的電流和用于轉(zhuǎn)矩部分的電流，轉(zhuǎn)矩部分表示出在第1號(hào)弱磁區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩。這由下面的公式8來(lái)定義。idse=-Lsδ+(Lsδ)2+(Ls2-Lσ2)((Vsmax/ωe)2-δ2-Lσ2Ismax2)Ls2-Lα2]]>(其中，
)iqse=Ismax2-ids2]]>這里，公式6的轉(zhuǎn)子磁通表示出對(duì)應(yīng)于公式8的最大轉(zhuǎn)矩的原因是，在過(guò)度狀態(tài)期間電壓限制橢圓移位了-(負(fù))δ，使得對(duì)應(yīng)于公式8的電流值的轉(zhuǎn)矩增加，從而進(jìn)一步加快在施加負(fù)載或加速/減速期間的速度增加。
換言之，如圖2所示，到達(dá)4,400rpm的時(shí)間變?yōu)?1-x1)，其中，x1＞x，并且x1和x之間的差別大約為10％～20％，本發(fā)明的輸入時(shí)間的加快與此差別相同，從而提高整個(gè)電機(jī)的運(yùn)行效率。
按照在電流限制圓形和電壓限制橢圓之間的連接點(diǎn)不存在的第2號(hào)弱磁區(qū)的值由下列公式9表示。idse2=-b+b2-4ac2a]]>(其中，
c=Lsδαe-1τ+Lmδ2-Lm(Vsmax/ωe)2]]>)iqse2=(Vsmax/ωe)2-(LsLdse+δ)2Lσ]]>從上述可以明顯看出，根據(jù)本發(fā)明的弱磁控制方法有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)感應(yīng)電機(jī)處于過(guò)度狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)矩增加，以提高加速效率，而當(dāng)感應(yīng)電機(jī)處于正常狀態(tài)時(shí)，傳統(tǒng)地進(jìn)行弱磁控制，從而提高了過(guò)度期間的效率和感應(yīng)電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電機(jī)中的弱磁控制方法，其中當(dāng)所述電機(jī)處于恒定速度的正常狀態(tài)且沒(méi)有施加負(fù)載時(shí)，在電流平面上，電壓限制在一橢圓中設(shè)定，而電流限制在一圓形中建立，其中，X坐標(biāo)表示用于磁通部分的電流值，而Y坐標(biāo)定義用于轉(zhuǎn)矩部分的電流值，以便根據(jù)其連接點(diǎn)形成電流命令，用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這樣，在過(guò)度狀態(tài)下，所述橢圓電壓限制移動(dòng)到預(yù)定的負(fù)象限，其坐標(biāo)表示用于轉(zhuǎn)矩部分的電流值，在所述過(guò)度狀態(tài)下，形成加速度或施加負(fù)載，從而使過(guò)度狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩與所述正常狀態(tài)相比較而言增加。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，在電壓限制值和電流限制值之間形成連接點(diǎn)的區(qū)域，用于轉(zhuǎn)子磁通部分的電流值和用于轉(zhuǎn)矩部分的電流值和在過(guò)渡狀態(tài)下的電流限制值由下列公式表示。idse=-Lsδ+(Lsδ)2+(Ls2-Lσ2)((Vsmax/ωe)2-δ2-Lσ2Ismax2)Ls2-Lσ2]]>(其中，
)iqse=Ismax2-ids2]]>
3.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，在所述橢圓電壓限制值和圓形電流限制值之間不形成連接點(diǎn)的區(qū)域，用于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩部分的電流值和用于磁通部分的電流值由下列公式表示。idse2=-b+b2-4ac2a]]>(其中，
c=Lsδαe-1τ+Lmδ2-Lm(Vsmax/ωe)2]]>)iqse2=(Vsmax/ωe)2-(LsLdse+δ)2Lσ]]>
全文摘要
一種感應(yīng)電機(jī)中的弱磁控制方法,電機(jī)處于正常狀態(tài)且無(wú)負(fù)載時(shí),電壓限制在一橢圓中設(shè)定,電流限制在一圓形中建立,X坐標(biāo)為磁通部分的電流值,Y坐標(biāo)為轉(zhuǎn)矩部分的電流值,以根據(jù)其連接點(diǎn)形成電流控制,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,這樣,在過(guò)度狀態(tài)下,橢圓電壓限制移到預(yù)定的負(fù)象限,坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)矩部分的電流值,使轉(zhuǎn)矩增加。因此感應(yīng)電機(jī)為過(guò)度狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)矩增加,正常狀態(tài)時(shí)傳統(tǒng)地進(jìn)行弱磁控制,提高了效率和感應(yīng)電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)H02P7/00GK1241842SQ99105140
公開(kāi)日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1999年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月14日
發(fā)明者石柱基 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社