[发明专利]一种感应电机矢量控制调速系统的能效优化方法

说明书

一种感应电机矢量控制调速系统的能效优化方法，它是在感应电机考虑铁耗的数学模型的基础上，分析电机的转矩和输入功率考虑了铁耗的表达式，用定子电流表示转矩与输入功率2的比，当转矩与传统的最优磁链的能效优化方法相比，本方法考虑更全面，既考虑了感应电机中铁耗的影响，又通过一定负载转矩下使电机输入功率最小，来达到减小电机损耗的目的，也考虑了铁耗对电压解耦的影响，以及磁通观测器的设计。不仅提高了电机的能效水平，增强了系统的稳定性和抗干扰能力，而且易于实现。输入功率比最大时，对应的励磁电流可使得感应电机的能效水平提高。

技术领域

本发明属于交流感应电机及其控制技术领域，具体涉及一种多条件限制下，感应电机矢量控制调速系统的能效优化方法。

背景技术

交流电机变频调速方法主要包括恒压频比调速和变压变频调速，变压变频调速方法又分为矢量控制和直接转矩控制。矢量控制的方式可以实现电机励磁与转矩的解耦控制，使得交流调速系统和直流调速系统一样，实现转速和电流的双闭环控制，且相比于直接转矩控制的计算量小，软硬件易于实现，并且能够满足拖动负载的性能要求而得到了广泛的应用。

感应电机矢量控制分为：转子磁场定向、定子磁场以及气隙磁场定向，转子磁场定向因其转子磁场容易观测、定向后各个矢量容易解耦等优点，被广泛应用。

转子磁场定向矢量控制的原理是：将感应电机在三相自然坐标系中的动态数学模型，通过Clarke和Park变换矩阵，在两相旋转坐标系中实现了各个电机矢量的分解，尤其定子电流解耦为是励磁电流分量和转矩电流分量，分别对励磁电流分量和转矩电流分量进行闭环控制，可以达到与直流电机一样的控制效果。

感应电机转子磁场定向的控制系统，在运行时通常是恒磁通给定，即励磁电流恒定且为额定值。但是，当电机运行在轻载状态时，电机因为励磁电流造成的铁耗成为除了铜耗以外的主要损耗。如果能在电机轻载运行时减少励磁电流，这样铁耗就会大幅度下降而不影响电机的稳态运行。只是由于电机采用矢量控制，与直流电机类似，励磁电流减小会导致转矩电流变大，铜耗也会随之变大。感应电机能效优化的关键在于选择合适的励磁电流给定，使得优化后铜耗和铁耗的和为最小。有文献提出，根据感应电机的数学模型导出电机的效率与电机励磁电流的关系，并求出电机效率最大时对应的励磁电流，然而这个方法的数学模型并未考虑铁耗参数，而且纯粹以电机的效率为优化目标，导致该方法的实际能效优化效果并不理想。

发明内容

针对上述存在的问题，结合感应电机考虑铁耗的数学模型，本发明提供一种感应电机基于转子磁场定向矢量控制调速系统的能效优化方法，它是在感应电机考虑铁耗的数学模型的基础上，分析电机的转矩和输入功率考虑了铁耗的表达式，用定子电流表示转矩与输入功率的比，当转矩输入功率比最大时，对应的励磁电流可使得感应电机的能效水平提高。

为了实现本发明的感应电机能效优化效果，本发明提出了一种基于最大转矩输入功率比的最优励磁电流给定的能效优化方法，具体为：

电机启动并达到稳态时，根据电机的运行状态，最优励磁电流的给定分为：

1)当电机的转矩T_L＝0时，励磁电流给定i_sd为I₁，I₁是最小励磁电流。

2)当电机的转矩T_L＞0时，励磁电流给定i_sd为Xi_sq，其中X是最大转矩输入功率比时dq轴电流的比例系数，且是方程k₁X²+k₂X+k₃＝0的解，其中：