专利名称：高性能变频调速器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机调速技术，特别是一种异步电机用的变频调速器。
在现有的异步电机用的变频调速器中，存在着由于电机定子磁链欠励或过励引起励磁饱和电流，其结果导致变频调速器电流得不到有效的利用，从而引起电机转矩下降特别是起动转矩下降的问题。
本实用新型的目的是在综合多种技术的基础上提出一种高性能变频调速器。
在包括定子磁链的校正单元09和内含有定子磁链观测环节并在输入侧由交直整流后直流电源或由公共直流电源供电的定子电压定向矢量控制或定子磁链定向矢量控制的变频调速主体单元08的情况下，本实用新型的技术方案分层次说明如下定子磁链的校正单元的第一输入，定子磁链的给定值Ψ*1来自电位计RΨ的中抽头，V+为控制正电源；定子磁链的校正单元的第二输入，定子磁链的观测值Ψ1来自变频调速主体单元；而定子磁链的校正单元的输出VR送往变频调速主体单元；变频调速主体单元的定子角频率W1输入来自电位计RW的中抽头；定子磁链的给定直Ψ*1又同时送往变频调速主体单元。
定子磁链观测环节的构成引自发明专利申请号01106851.5“异步电机变频调速中含有基变量的参数的观测方法”。
定子磁链的校正单元的构成引自ZL00225853.5专利“异步电机变频调速用的定子磁链的校正器”，但在该专利中，定子磁链的给定值Ψ*1用符号VC0代表，定子磁链的观测值Ψ1用符号VC1代表，另外还特别就定子磁链的校正单元的所输出VR信号如何用去校正定子始设电阻从而保证电机定子磁链等于其给定值作了详细的说明。
变频调速器除单台运行外还能作双台运行，这二台异步电机通过联轴器相连，每台异步电机各自有其变频调速器。
以下结合附图对本实用新型进一步作详细说明。
图1为无转速传感器的单台变频调速器图。
图2为有转速传感器的单台变频调速器图。
图3用于试验的双台变频调速器图。
图4为异步电机运行特性图。
在图1中的方框00内，08为定子电压定向矢量控制变频调速主体单元，彼引自发明专利申请号00113520.1“异步电机高转矩矢量控制的变频变压调速方法”中的图5(A)，但在此处作了简化改为定子角频率W1直接输入；此外将给定(即预设)定子磁链Ψ*1(即原文中C1)显露出来画在方框外面，并与变频调速主体单元内含的定子磁链观测值Ψ1一齐送往定子磁链的校正单元09，后者的输出VR又送回到变频调速主体单元内。图1中变频调速主体单元的三相变频交流输出到异步电机02，定子角频率W1与给定定子磁链Ψ*1分别通过电位计RW和RΨ的中抽头输入，V+为控制正电源。
图2引自发明专利申请号00113520.1“异步电机高转矩矢量控制的变频变压调速方法”中的图5(B)，图2中方框00与前述相同，现将该专利说明书中与方框01相关的内容重述如下与异步电机02联轴的转速传感器03的输出为转速角频率Wm，与电机磁极对数p相乘后在加减器11处和转矩调节器20的输出转差角频率W20相加，得定子角频率W1，并送往方框00；转矩指令值M*E在加减器12处减去转矩反馈值ME而作为转矩调节器20的输入；当开关SS置于位置“1”时，转矩指令值来自转速角频率调节器21的输出(用于构成转速角频率闭环控制)，当开关SS置于位置“2”时，转矩指令值来自电位计RME的中抽头输入而构成转矩闭环控制，M*E≥0为电动控制，M*E＜0为发电控制，V+与V-分别为控制正与负电源；来自电位计RWm的中抽头输入的转速角频率指令值Wm*在加减器13处减去转速角频率Wm后作为转速角频率调节器21的输入而构成转速角频率闭环控制；转矩调节器与转速角频率调节器均采用比例积分方式。ME由下式计算出ME＝(V1×IQ-I1×I1×R1)×1.5×p/W1(式1)上式中V1与I1分别为电机的相定子电压和相定子电流的幅值，IQ为相定子电流I1在V1轴上的投影，R1为校正后的定子电阻，p为电机磁极对数，W1为定子角频率。
对于已知技术定子磁链定向矢量控制而言，图1与图2同样可用，但方框08内容须如专利证书号ZL00225853.6中的图5所示(原图中C1即Ψ1*)，而且(式1)此时演变成ME＝Ψ1*×IQ×1.5×p (式2)上式中IQ为相定子电流I1在与Ψ1*轴成直角方向上的投影。
在图3中为了用于试验，与作电动运行的异步电机02A相联的变频调速器01A作电动运行，与作发电运行的异步电机02B相联的变频调速器01B作发电运行，而这二台变频调速器在其输入侧共用交直整流后直流电源VDC或共用公共直流电源VDC。
为了减少试验设备品种，这二台异步电机的规格参数取为相同，相应这二台变频调速器(其内结构见图2中方框01)的规格参数也取为相同。这时变频调速器01A采用转速角频率闭环电动控制，而变频调速器01B采用转矩闭环发电控制(M*E＜0)，以构成能量反馈；两台变频调速器的给定定子磁链Ψ*1相同，且由一个电位计RΨ的中抽头输入；两台变频调速器共用一个转速传感器03；从变频调速器01A引出的ME则作观测之用。
本实用新型的优特点是一、在线将定子侧电阻设定值校正到实时值，从而保证电机定子磁链等于其给定值。电机既不会欠励又不会过励引起励磁饱和电流，结果使变频器电流得到最有效的利用，转矩对电流的比值大(包括零速时)，电动和发电制动均可，经济效果十分显著。
二、在转矩调节器参数固定不变情况下，即使转子时间常数变化了3.1倍(0.1s∽0.31s)，经MATLAB仿真结果，阶跃转矩响应时间≤25ms，定子磁链没有变化，故系统的解耦控制功能和鲁棒性均良好。
三、无需像转子磁链定向矢量控制那样须对转子参数进行困难的实时观测；而直接转矩控制(DTC)方式又通常存在有零速起动转矩低和转矩脉动大的问题。
四、定子磁链的校正单元具有多种工作制如在电机零速下预励磁阶段实行连续工作制和在电机起动后实行间歇工作制(指工作时间与休歇时间交替进行)并在需要时对定子磁链观测值进行数字滤波处理以及当转速角频率超过0.3∽0.8倍基速角频率时实行中止工作制等，以供择取加以组合。
五、经过对有关文献进行检索，说明本专利具有强劲的市场竞争能力，适合用作为一般工业，各式电动轨道车辆及绿色电动汽车的交流传动。
六、在变频调速中，有的要求如图4所示异步电机运行特性，即在基速角频率Wmb*(Wmb)及以下时为恒定子磁链Ψ1*＝Ψ10*和恒转矩M*E＝M*E0特性，而在基速角频率Wmb*(Wmb)以上时为恒功率P0(相应M*E＝P0/Wm*或P0/Wm)和恒定子电压V10特性(相应Ψ1*＝V10/Wm*或V10/Wm)。在这种情况下可预先按所述要求计算好Ψ1*和M*E值并以Wm*(Wm)为地址制成表格存入存储器(EPROM或FLASHROM)中，用以取代图2与图3中的电位计RΨ和电位计RME，需用时以Wm*(Wm)为地址查表得出，应注意在图3中M*E须取负值。
七、在图3中由于采用了能量反馈，故用电很少，仅为能量损耗，如铜耗、铁耗、机械磨擦耗及风阻耗等。
八、如图3中的变频调速器和异步电机是一起配套交货的，则一次试验下来，同时实现了对变频调速器和异步电机在全功率和全转速范围内的试验。这对于购入二台或以上的同样规格参数的变频调速装置的用户来说，就能在使用现场对产品进行试验验收而无须增添专门试验设备且用电很少，从而大大增强了用户对所订购产品质量的信心，这种效果是一般产品广告所不能取得的。
九、图3同样适用于60HZ频率下的异步电机性能试验。
权利要求1.一种异步电机用的变频调速器，包括定子磁链的校正单元(09)和内含有定子磁链观测环节并在输入侧由交直整流后直流电源或由公共直流电源供电的定子电压定向矢量控制或定子磁链定向矢量控制的变频调速主体单元(08)，其特征在于定子磁链的校正单元的第一输入，定子磁链的给定值(Ψ*1)来自电位计(RΨ)的中抽头，(V+)为控制正电源；定子磁链的校正单元的第二输入，定子磁链的观测值(Ψ1)来自变频调速主体单元；而定子磁链的校正单元的输出(VR)送往变频调速主体单元。
2.根据权利要求1所述的变频调速器，其特征在于所说的变频调速器除单台运行外还能作双台运行，这二台异步电机通过联轴器相连，每台异步电机各自有其变频调速器。
专利摘要本实用新型高性能变频调速器用于异步电机的变频调速，利用定子磁链的校正单元对定子侧电阻进行校正，从而保证电机定子磁链等于其给定值，使变频器电流得到最有效的利用，转矩对电流的比值大(包括零速时)；解耦控制功能和鲁棒性均良好；适合用作为一般工业，各式电动轨道车辆及绿色电动汽车的交流传动。对于有二台或以上的同样规格参数的变频调速装置的用户来说，能在使用现场对产品进行试验验收而无须增添专门试验设备，且由于采用了能量反馈而用电量很少；此同样适用于60Hz或50Hz工频异步电机的试验验收。
文档编号H02P21/00GK2549648SQ0222348
公开日2003年5月7日 申请日期2002年2月21日 优先权日2002年2月21日
发明者卢骥, 卢伟白 申请人:卢骥