[发明专利]一种异步电动机矢量控制系统中的自整定方法

摘要

本发明设计了一种异步电动机矢量控制系统中的自整定方法。该方法主要采用磁路饱和时的转子时间常数自测试。本发明的目的在于，在矢量控制异步电动机调速系统中，通过磁路饱和时的转子时间常数自测试，以达到改进控制性能。本发明通过电压型逆变器进行转子时间常数自测试。当直流电压激励加入时异步电动机转子回路电流为零，定子电流为稳态电流值Id。如果定子电流出现了瞬态过程，则转子回路电流初始值不为零。因此可以利用这一特点来确定转子电流过零点，从而根据最小二乘法得到转子时间常数。自测试转子时间常数，尤其是考虑了磁路饱和以及死区补偿的转子时间常数的测取，从而提高异步电动机矢量控制系统的性能。

主权项

1.一种异步电动机矢量控制系统中的自整定方法，该方法采用磁路饱和时的转子时间常数自测试，其中磁路饱和时的转子时间常数自测试可分为以下两步：第1步、实施原理鼠笼型异步电动机，转子是短路的；绕线型异步电动机，用在变频调速中，其转子也是短路的；因此u_rα＝u_rβ＝0；则当转子静止时，ω_r＝0，则异步电动机α-β静止坐标系中的数学模型为：pisαpisβpψrα′pψrβ′=-(Rs+Rr′)Lσ01Lστr00-(Rs+Rr′)Lσ01LστrRr′0-1τr′00Rr′0-1τr′isαisβψrα′ψrβ′+1Lσ001Lσ0000usαusβ---(1)]]>式中：L_σ-定子漏电感，L_σ＝σL_s；i_sα、i_sβ-定子电流的α、β轴分量；u_sα、u_sβ-定子电压的α、β轴分量；-折算到定子侧的转子磁链的α、β轴分量；R_s-定子每相电阻；-折算到定子侧的转子每相电阻，-折算到定子侧的转子磁链，τ_r-转子时间常数，-折算到定子侧的转子时间常数。则：Lσpisα=-(Rs+Rr′)isα+1τrψrα′+usαLσpisβ=-(Rs+Rr′)isβ+1τrψrβ′+usβpψrα′=Rr′isα-1τr′ψrα′pψrβ′=Rr′isβ-1τr′ψrβ′---(2)]]>定子电压(u_A、u_B、u_C)、定子电流(i_A、i_B、i_C)与α-β静止坐标系中定子电压分量(u_sα、u_sβ)、定子电流分量(i_sα、i_sβ)的关系为：uAuBuC=2310-1232-12-32usαusβ,]]>iAiBiC=2310-1232-12-32isαisβ---(3)]]>式中：u_A、u_B、u_C-A、B、C三相定子电压；i_A、i_B、i_C-A、B、C三相定子电流。根据(3)式可得：usα=32uAisα=32iA---(4)]]>当异步电动机定子电压输入方式只有一相输入电压为直流，如u_A＝u_d(t)，而u_B＝u_C＝0；根据坐标变换可知此时α-β静止坐标系中，定子电压分量(u_sα、u_sβ)为：usα(t)=23ud(t)usβ(t)=0---(5)]]>式中：u_d(t)-直流电压。这时，如果异步电动机静止，ω_r＝0，在α-β静止坐标系，i_β(t)＝0；第2步、磁路饱和时转子时间常数自测试(1)直流测试信号的选取加入直流电压信号后异步电动机定子电流i_sα的稳态值为异步电动机额定电流的通过调节电压型逆变器的输出电压确定定子电流稳定于I_d；(2)正弦电压测试信号的选取调节电压型逆变器的输出，在异步电动机定子绕组中产生幅值可调、频率固定的正弦低频电流信号；电流的幅值变化范围为其额定值的0.5-4倍，频率为5-10Hz；(3)循环测试向异步电动机定子回路施加正弦电流激励i_sα＝I_sisinωt，记录I_si的值；定子电流正半周期下降区内等于稳态值I_d时，将正弦电流激励瞬间切换为直流电压激励；在直流电压激励下实时采样定子电流i_sα，并记录其与稳态值I_d的最大偏差ΔI_si；以上过程重复多次，从而可获得一组测试数据，即I_si，ΔI_si；(4)死区时间补偿为了减少死区时间引起的定子电压失真，采用了死区补偿算法；当定子电流i_A＞0时，由于死区时间的存在导致电压型逆变器的输出电压降低；为了补偿电压降，需补偿电压值如式(6)：Δu=2TdTVdc---(6)]]>式中：T_d-死区时间；T-调制波的周期；-1≤V_dc≤1。因此，逆变器输出电压补偿值为2Δu；(5)磁路饱和当磁路饱和后，继续加大励磁电流，进行测试；(6)最小二乘法切换时刻的电流为I_d＝I_sisinωt＝I_sisin(π-θ_i)(7)通过分析，式(8)可得：y_i＝acosθ_i-bsinθ_i    (8)式中：y_i＝ΔI_si/I_si；a＝K sinθ₀；b＝K cosθ₀；θ₀-i_sα和的相位差。参数a和b可通过最小二乘法获得，转子时间常数τ_r可由式(9)得出：τr=1ωtanθ0---(9)]]>式中：θ_i-相位角；tanθ0=ab=(Σi=1nyicosθi)(Σi=1nsin2θi)-(Σi=1nyisinθi)(Σi=1nsinθicosθi)(Σi=1nyicosθi)(Σi=1nsinθicosθi)-(Σi=1nyisinθi)(Σi=1ncos2θi).]]>