[发明专利]感应电动机变频调压的矢量控制及直接转矩控制的综合方法

摘要

本发明涉及一种感应电动机变频调压的矢量控制及直接转矩控制的综合方法。本发明主要是解决现有矢量控制方法存在的时间响应速度上达不到系统的控制要求的技术难点。本发明的技术方案是：该综合方法包括下列步骤：a)建立感应电动机矢量控制数学模型及差分方程，并按差分方程计算得到期望值，期望值与实时检测所得的差值即调节控制量，该控制量控制绝缘栅双极三极管(IGBT)的开关，从而完成对磁场及转矩的综合控制；b)建立感应电动机直接转矩控制模型，实时计算感应电动机的转矩的幅值和旋转磁场大小和方向，与期望的转矩和磁通比较得出差值，从而完成直接转矩控制限定的区间调节，弥补矢量控制在非恒定转矩或非线性运行区域内的反应滞后性。

主权项

1.一种感应电动机变频调压的矢量控制及直接转矩控制的综合方法，其特征是：包括下列步骤：a)建立感应电动机矢量控制数学模型及差分方程，并按下述差分方程实现定子三相U、V、W交流电电流及电压对合成磁场的d轴和控制转矩q轴的转换，并计算得到期望值i_d(t)、i_q(t)，期望值与实时检测所得的i_1d(t)、i_1q(t)相减其允许误差值即为脉冲宽度调制(PWM)调节控制量，该控制量控制绝缘栅双极三极管(IGBT)的开关，从而完成在恒定转矩或检测电压/电机定子频率(V/f)等于常数的线性运行状态下对磁场及转矩的综合控制；$\left[\begin{array}{c}{i}_{d\left(t\right)}\\ i_{q\left(t\right)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos {\mathrm{\θ}}_x\cos \left({\mathrm{\ω}}_{s}t\right)+{\sin \mathrm{\θ}}_x\sin \left({\mathrm{\ω}}_{s}t\right)\\ \cos {\mathrm{\θ}}_x\sin \left({\mathrm{\ω}}_{s}t\right)-\sin {\mathrm{\θ}}_x\cos \left({\mathrm{\ω}}_{s}t\right)\end{array}\right]\sqrt{3}{I}_1---\left(1\right)$式中：i_d(t)、i_q(t)是计算所得的期望值；I₁是定子电流；θ_x是旋转磁场超前转子的角位移，由${\mathrm{\θ}}_x\left(t\right)={\∫\mathrm{\ω}}_x\mathrm{dt}=\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_x\left(t\right)+{\mathrm{\ω}}_x(t-1)}{2}\right)\mathrm{\Δt},$ω_x是感应电机旋转磁场超前转子的转差率，可用下式求得：${\mathrm{\ω}}_x=\frac{r_2/L_2}{i_{q\left(t\right)}/i_{d\left(t\right)}},$L₂＝l₂+M，l₂为电机转子的自感，M为转子与定子间的互感，r₂是转子电路的电阻，${\mathrm{\ω}}_x=\frac{{\mathrm{\ω}}_s-{\mathrm{\ω}}_r}{{\mathrm{\ω}}_s}---\left(2\right)$式中：ω_r＝ω_s-ω_sω_x，ω_s是旋转磁场的速度，ω_s＝2πf，在恒转矩运行时，根据ω_s与电压成比例的关系求得；ω_r是转子旋转的角速度；b)建立感应电动机直接转矩控制模型，通过下列公式实时计算感应电动机的转矩T_m的幅值和旋转磁场_s大小和方向，与期望的转矩和期望的磁通比较得出差值即为脉冲宽度调制(PWM)调节控制量，该控制量控制绝缘栅双极三极管(IGBT)的开关，从而完成直接转矩控制限定的区间调节，弥补矢量控制在非恒定转矩或非线性运行区域内的反应滞后性；$T_m=\frac{9.55P_r}{n_s}\×3---\left(3\right)$P_r＝E_2NI₁cosθ_s    (4)式中：P_r是定子传输到转子每相的功率；n_s是转子的每分钟的转速，在恒转矩运行时可根据ω_s求出；E_2N是由_s感应的电压；I₁是定子电流；θ_s是电动机的功率因数角，可通过实时采集定子电压E及电流I₁获得；电压E_2N通过在定子端测量E_1N然后减去I₁r₁上的电压降而得到；式中：_s是由定子和转子共同产生的合成旋转磁场；ω_r是转子旋转的角速度，可由${\mathrm{\ω}}_x=\frac{{\mathrm{\ω}}_s-{\mathrm{\ω}}_r}{{\mathrm{\ω}}_s}$求出；E_d是经过PWM逆变之前的直流电源；k为常数，取决于电机的物理结构；c)通过对绝缘栅双极三极管(IGBT)开关的控制以调整无功功率分布进而调整功率因数。