[发明专利]感应电动机矢量控制装置

说明书

本发明涉及一种感应电动机的矢量控制装置，特别是涉及可以大大改善在低速时有小转矩的电动机的旋转平稳性和可以大大减少有大转矩的电动机损耗的感应电动机矢量控制装置。

用预定频率电源的传统感应电动机由于其硬速度特性和低价格被广泛用作为恒速电动机。

随着最近电子器件、微计算机和软件的发展，可获得具有宽调频的电源来驱动感应电动机。感应电动机的运用范围正在从恒速电动机改变为伺服电动机。变频电源是根据矢量控制来运行的。

矢量控制里的基本参数是转矩电流i_1q，产生次级磁通φ₂的激磁电流i₀和转差速度ω_S並被定义如下：

i_1q＝（L₂₂/M）（T/φ₂） …（1）

i_o＝｛φ₂+（L₂₂/R₂）·（dφ₂/dt）｝/M …（2）

ω_S＝TR₂/φ²₂＝（R₂/L₂₂）·（i_1q/i_o） …（3）

对稳态，即dφ₂/dt＝0

这里L₂₂是次级绕组的电感，M是初次级绕组之间的互感，T是转矩，φ₂是由次级绕组产生並与次级绕组交链的磁通，R₂是次级绕组的电阻。

次级磁通φ₂在矢量控制中是一个预定值，转矩T是提供给矢量控制器对于dφ₂/dt＝0时的指令值，它是

T＝（M²/R₂）ω_Si²_o＝（M²/L₂₂）i_oi_1q……（4）

就是说，所谓的逆变器由转差速度ω_S，激磁电流i_o和转矩电流 i_1q控制来提供功率给感应电动机以便让电动机在要求的定额下运转。

图1是表示在Naohiko    Kamiyama的《新驱动电子学》第205页中的传统矢量控制系统的框图。换句话说，图1表示传统“转差频率型矢量控制”的基本方案。

参照图1，数标1表示产生转矩T的速度控制放大器;2是除法器;3是为输出转矩电流i_1q的常数设定器;4是矢量分析器;5是乘法器;6是变换器;7是电流放大器;8是功率变换器;9是感应电动机;11是速度检测器;12是微分器;13、14、15和16是为产生激磁电流i_o的常数设定器;17是产生转差速度ω_S的除法器;18是矢量振荡器;20是加法器。根据上述方案，转矩可以按照瞬时电流来控制。对于图1所示电路的运行请参照上述参考资料的第205～206页。

正如图1所示的转差频率型矢量控制电路的情况下，次级磁通φ₂的预期值φ_E在整个旋转速度范围内和在整个转矩范围内通常是恒定的（即称为恒转矩特性，故感应电动机的输出与电动机旋转速度成正比例增加）。如图2所示。

如果需要感应电动机在高速区有恒定输出，次级磁通φ₂在旋转速度低于预定旋转速度ω_r11时保持恒定，如图3所示。然而，在旋转速度超过预定旋转速度ω_r11时，次级磁通φ₂与旋转速度ω_r成反比例（即，恒输出特性）。在这种情况下，次级磁通φ₂是旋转速度ω_r的函数。

然而，如果感应电动机用作为伺服电动机，就出现下列问题。伺服电动机必需满足下列要求：（1）平稳地旋转，即为了达到高精度控制， 例如在机床中工作台进给精加工，主要在低速区需要旋转速度变动小;（2）在高输出的运行中，例如在机床中工作台进给粗加工，热损耗需尽可能小。