[发明专利]异步电机转子磁场定向角度修正系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及异步电机控制领域，更具体地说，涉及一种异步电机转子磁场定向角度修正系统及方法。

背景技术

异步电机由于结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低，是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中，约有90%左右为异步电机。

当前技术条件下，在异步电机控制中，无法从零速到最大转速的整个速度控制范围通过软件估计方式得到无相位延迟且精度较高的磁场角度，因此异步电机矢量控制通常采用间接磁场定向作为磁场的定向控制方案。与直接磁场定向控制方式不同，间接磁场定向控制不能直接获得磁场角度。它的磁场角度通过电机转子速度和电机转差积分间接计算得到的。以最常见的转子间接磁场定向控制为例，转子速度是从编码器直接采集得到，而电机转差则由电机的转矩电流反馈和电机当前磁通幅度计算得到。

在实际工程实现中，由于电流闭环控制的存在，转矩电流指令和转矩电流反馈相等，一般采用转矩电流指令和磁场强度指令代替根据磁场角度分解的转矩电流反馈和电机当前磁通幅度。然而异步电机运行进入弱磁区后，由于驱动器的输出电压饱和，导致转矩电流指令和转矩电流反馈不相等。根据转子磁场定向控制的基本原理，若此时电机转差仍然通过转矩电流指令和磁通幅度计算转差，将导致当前控制的磁场角度偏离当前电机的实际角度，从而使得电机的实际最大输出转矩能力下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述异步电机在弱磁区转子磁场定向角度偏离实际角度的问题，提供一种异步电机转子磁场定向角度修正系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种异步电机转子磁场定向角度修正系统，包括采样单元、第一计算单元、极性判断单元、积分调节器、第二计算单元以及角度修正单元，其中：所述采样单元，用于采样转矩电流反馈值Iq和励磁电流反馈值Id；所述第一计算单元，用于根据转矩电流反馈值Iq和励磁电流反馈值Id通过转子磁场定向电压方程计算d轴电压理论值Vd*；所述积分调节器，用于将所述d轴电压理论值Vd*与电流调节器的输出电压Vd之差进行积分获得转差修正增益k；所述极性判断单元，用于在转矩电流Iq>=0时，使输入积分调节器的值=Vd*-Vd；在转矩电流Iq<0时，使输入积分调节器的值=Vd-Vd*；所述第二计算单元，用于根据所述转差修正增益k获得修正后的转差；所述角度修正单元，用于使用修正后的转差修正磁场定向角度。

在本发明所述的异步电机转子磁场定向角度修正系统中，所述系统还包括输入死区调整单元，用于在电流幅度比|iq|/id<0.2，使输入积分调节器的值=0。

在本发明所述的异步电机转子磁场定向角度修正系统中，所述第一计算单元通过以下转子磁场定向电压方程计算d轴电压理论值：

Vd*=Rs×Id-We×σLs×Iq

其中，Rs为定子电阻，σLs为电机漏感。

在本发明所述的异步电机转子磁场定向角度修正系统中，所述第二计算单元通过以下计算式计算获得修正后的转差Wsl：

Wsl0=Lm×Iq/(Tr×λd)

Wsl=（1+k）×Wsl0

其中，Wsl0为理论转差，Lm为电机互感，Tr为电机转子时间常数，λd为磁通幅度反馈。

在本发明所述的异步电机转子磁场定向角度修正系统中，所述角度修正单元通过对修正后的转差与理论转速之和积分实现磁场定向角度修正。

本发明还提供一种异步电机转子磁场定向角度修正方法，包括以下步骤：

（a）采样转矩电流反馈值Iq和励磁电流反馈值Id，并通过转子磁场定向电压方程计算d轴电压理论值Vd*；

（b）将所述d轴电压理论值Vd*与电流调节器的输出电压Vd之差输入积分调节器获得转差修正增益k，并且在转矩电流Iq>=0时，输入积分调节器的值=Vd*-Vd；在转矩电流Iq<0时，输入积分调节器的值=Vd-Vd*；

（c）根据所述转差修正增益k获得修正后的转差并使用修正后的转差修正磁场定向角度。

在本发明所述的异步电机转子磁场定向角度修正方法中，所述步骤（b）中，当电流幅度比|iq|/id<0.2时，使输入积分调节器的值=0。

在本发明所述的异步电机转子磁场定向角度修正方法中，所述步骤（a）中的转子磁场定向电压方程为：

Vd*=Rs×Id-We×σLs×Iq

其中，Rs为定子电阻，σLs为电机漏感。