[发明专利]用于感应电动机的运转控制设备

说明书

本发明涉及用于感应电动机的运转控制设备，更具体地说，涉及用于感应电动机中利用转差速度以抑制感应电动机的过快的加速和减速的运转控制设备。

感应电动机利用它的诸如牢固的结构、廉宜选价等特点与一恒频电源一起已被广泛地用在作为一恒速的电动机的各种应用中。

然而，感应电动机并没有被用作需快速的加速和减速的伺服电动机。

依照近来电子器件、微型计算机和软件技术的发展，已经实现一种能在宽范围内改变驱动感应电动机的电源频率的矢量控制技术，而感应电动机本身也已被改进。其结果，可将感应电动机用作伺服电动机。

这种可变频电源是由描述在例如“电气书院出版的上山直彦所著《新驱动电子学》”（此后称之为文献1）中的矢量控制来操作的。该文献的6、2、4节描述如下：

在转差频率式矢量控制中，磁通分电流和转矩分电流是作为二次磁通座标值而确定的，而且在不用检测任何二次磁通矢量的情况下被转换成静止座标系中的一次电流值。取决于所述磁通分电流和转矩分电流的转差频率是利用电动机一常数计算出来的。由此算得的转差频率和一个转速加在一起，以确定二次磁通的转速。通过对所述二次磁通的转速积分而确定的位置被用作该二次磁通在座标转换中的一个予算位置。电动机速度作为感应电动机的一个状态量被加到所述控制电路，在此电路内与转差频率相加。然而，任何涉及二次磁通的量不加到该控制电路。所述磁通量不受任何反馈控制，而是根据一个二次磁通量导出的一个第一次近似值以这样一种方式直接计算确定的，即，可根据磁通量分电流补偿二次磁通量的一次滞后响应。这种转差频率式矢量控制是一种予控制，在这种予控制下，磁通矢量通过估算而受到控制。

同时，就这种转差频率控制而言，它企图通过一次电流幅度同转差频率的关系控制作为矢量的磁通量。然而，一次电流并未作为矢量对待而仅是该电流的幅度受到控制。当感应电动机是靠工业用电源运转，当该电动机同负载连接时，功率因数发生变化同时一次电流发生相移。在该转差频率控制下，由于一次电流的频率受一功率变换器控制，故即使当电动机未接负载或由该电动机输出转矩时，一次电流也不会发生相移。由于稳态功率因素必须在上述两种情况下都相等，结果电压发生相移。这种电压的相位变化可视为磁通量的相移。由于这种相位的变化，使实际的转差频率处于使二次导体链接磁通的速度不同于经该控制所提供的转差频率。因此，磁通和转矩承受复杂的瞬变现象，以致不能进行任何一种使这种瞬变现象得到衰减的快于二次时间常数L2/R2的控制。也就是说，考虑到由于这种转矩状态下的一次电流的相移，是对这种转差频率式矢量控制的一种改进。就通过提供用转差频率控制的频率下的激磁电流的转矩控制而言，是将由励磁电流和不同于该励磁电流有90度滞后的电流的合成所产生的电流相移选为要等于通过给稳态感应电动机一定的转差频率所产生电流的相移。当一次电流相位变化时，一个消除这一相移的电流顷刻流过二次导体，以使感应电动机能顷刻转到一个新的稳定态。所述功率变换器必须不仅要控制频率还要控制相位。

可以认为转差频率式矢量控制即是上述概念，在此概念下，因考虑到漏感影响而引入二次磁通这个概念并进一步引伸到二次磁通的变化。

转差频率式矢量控制装置的基本结构示于图11（该图等于本发明的图1）中。速度控制放大器的输出被处理为转矩指令TM＊。转矩指令TM＊被除以二次磁通指令φ₂＊以得到二次q-轴电流指令-i2q＊然后，将其乘以以标度因子为单位的L2/M而得出转矩分电流指令i1q＊。由于不检测二次磁通，故上述转矩分电流指令除了除以指令φ₂＊以外，与磁通检测式矢量控制法一样。

磁通分电流指令i1d＊直接由二次磁通指令φ₂＊确定。为了用带有一次滞后的磁通分电流对二次磁通的跟踪进行补偿，要测定一个由φ₂＊乘以1/M得到的二次磁通的励磁电流与一个使二次磁通同φ₂＊的时间变化率成比例的电流之和i1d＊。在直流电流电动机的场系统受控情况下，同场电流变化率成比例的电压在场电感两端产生。这个电压作为强迫电压在数量上必需比稳态电压大。强迫电流起到强迫电压相同的作用。为在转差频率式矢量控制中间接地控制二次磁通，必须在二次绕组中产生一个强迫电压。这个强迫电压是通过给二次电阻提供一强迫电流而产生的。在通量检测型矢量控制中，所述强迫电压是通过如同对直流电动机中场电流的控制的反馈控制而产生的。