[发明专利]一种考虑铁耗的感应电机矢量控制方法

说明书

技术领域

本发明属于交流感应电机及其控制技术领域，具体涉及一种考虑铁耗的感应电机矢量控制方法。

背景技术

交流电机变频调速方法主要包括开环V/f调速和闭环调速，闭环调速又被称为矢量控制方法，具体包含间接转子磁场定向、直接转子磁场定向、直接定子磁场定向等。其中间接转子磁场定向由于需要的硬件少，控制性能高而得到广泛的应用。

感应电机间接转子磁场定向矢量控制的原理为：将旋转坐标系建立在转子磁场方向上，并通过该坐标，将定子电流分解为转矩电流和励磁电流分量，从而分别实现输出转矩和转子磁场的大小控制。转子磁场角度通过转子位置和转差角度相加计算得到。转差角度通过对转差速度积分获得，而转差速度则是通过转矩电流和磁场电流计算得到。

感应电机基速以下运行时，励磁电流保持恒定，一般为额定电流的30％-50％，处于比较高的电流水平。当电机基速以上运行时，励磁电流会随着转速的上升而下降，在较高转速时，励磁电流将会处于较低，甚至极低的水平。

线圈中的涡流和磁体中的磁滞产生的损耗被称为铁耗，它随着电流频率的增加而增大，随着磁场的增加而增大，其具体表现为电机发热以及磁场线性度变差。当感应电机基速以下运行时，磁场保持不变，随着电流频率的上升，其铁耗会不断增大，但由于磁场电流较大，铁耗对磁场的影响几乎可以忽略不计。但随着速度的上升，由于磁场电流不断减小，转子磁场水平随之降低，该情况下，铁耗对转子磁场的影响不能再忽略，而目前广泛应用的传统矢量控制方法并没有考虑铁耗对磁场定向精度和磁场大小的影响，因此，传统的矢量控制方法对于高速弱磁区并不适用，难以满足高性能应用场合的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑铁耗的感应电机矢量控制方法，以解决传统矢量控制方法没有考虑铁耗的影响，导致弱磁高速区磁场定向不准确，实际磁场大小与系统给定不一致，进而使得系统弱磁高速区控制性能下降的问题。

一种考虑铁耗的感应电机矢量控制方法，采用速度外环和电流内环的双闭环控制，速度外环采用电机转速PI调节控制，其输出为电流内环的转矩电流指令值，电流内环采用转转矩电流和磁场电流PI调节控制，其特征在于，在电流内环中，分别对转矩电流和磁场电流进行补偿，并将补偿后的转矩电流和磁场电流分量引入电流PI调节中，转矩电流和磁场电流的铁耗补偿项分别为和T_feω_ei_dm，其中，L_r是电机转子电感，L_lr是转子漏感，L_m是电机互感，R_fe是电机等效铁耗电阻，ω_e是同步角速度，i_dm和i_qm分别是d轴和q轴励磁电流分量。

本发明的实施对象为采用矢量控制的感应电机驱动系统。与传统的矢量控制相比，只需要对转矩电流和磁场电流分量分别增加铁耗补偿分量即可实现，物理意义明确，并且不需要调整矢量控制结构，实现简单。本发明的具体技术效果体现如下：

1)间接转子磁场定向矢量控制中，转子磁场的角度是通过转子位置和转差角速度积分得到，而转差角速度的计算则需要准确的转矩电流和磁场电流分量。通过对铁耗的补偿，并参与电流PI调节器的控制，从而有效提高了转矩电流和磁场电流的准确性，进而保证磁场定向的准确性；

2)通过对磁场电流的补偿，使得电机实际磁场与系统所要求的磁场保持一致，有利于弱磁过程中对磁场大小的有效控制，提高电流的利用率，增强转矩输出能力；

3)当电机弱磁转速比较高时，由于磁场水平较弱，铁耗影响所占比重增大，对铁耗进行补偿将显著提高系统控制的性能和稳定性。

附图说明

图1是包含铁耗的矢量控制框图；

图2是感应电机包含铁耗的等效电路，图2(a)为旋转坐标系下d轴等效电路，图2(b)为旋转坐标系下q轴等效电路；

图3是感应电机高速区物理实验曲线，图3(a)是加速比较波形，横坐标为时间，单位：0.05s/格，纵坐标为时间转/分，图3(b)为速度一定子电压曲线，横坐标为速度，单位：转/分，纵坐标为电压，单位：伏特/格。

具体实施方式

为了解决传统矢量控制方法所存在的问题，本发明提出了一种考虑铁耗的感应电机矢量控制方式。

1)根据包含铁耗的感应电机等效电路如图2所示，推导得到感应电机矢量控制具有如下表达式：