V/f控制的感应电机在弱磁区的加速方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及感应电机的加速控制方法，具体涉及V/f控制的感应电机在弱磁区的 加速方法。
【背景技术】
[0002] 当前，采用弱磁控制、具备高速控制性能的交流调速系统已经广泛地应用于数控 机床主轴驱动和电动汽车等领域。
[0003] 电机转速超过基速以后，由于逆变器输出电压达到最大值，为了满足电机转速升 高所需的转子反电动势，通常是降低感应电动机的磁通，即采用弱磁控制方法以减小反电 动势。而传统的弱磁控制方法是使得转子励磁反比于转速，但是不能提供最大转矩输出，严 重影响了电机的运行性能。
[0004] 在v/f控制的感应电机的弱磁区，较小的定子频率加速值不能提供足够大的转矩 用于电机加速，从而使得电机转子的加速过程变得较长，然而较大的定子频率加速值会导 致过电流关断和系统崩溃。另外，当电机转速超过基速以后，漏感参数对系统稳定性具有重 大影响，如果漏感参数被低估，感应电机没有稳定的工作点。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的一个实施例提供了一种V/f控制的感应电机在弱磁区的 加速方法，包括下列步骤：
[0006] 1)获得所述感应电机在当前定子频率下的空载励磁电流1";
[0007] 2)选取0. 5 '(l/ 〇 +1)与（1"2+ 〇 )八1"+ 〇IJ的较小值作为励磁电流设定值，〇 为预估的总漏感系数；
[0008] 3)将所述励磁电流设定值减去所述感应电机的励磁电流得到误差信号；
[0009] 4)根据作为负反馈的控制量的误差信号确定下个控制周期的定子频率。
[0010] 优选的，在所述步骤4)中，根据作为负反馈的控制量的误差信号得到作为被控制 量的定子频率加速值，根据所述定子频率加速值确定下个控制周期的定子频率。
[0011] 优选的，在所述步骤4)中，当确定的下个控制周期的定子频率大于预定的定子频 率时，将下个控制周期的定子频率设定为所述预定的定子频率。
[0012] 优选的，所述负反馈控制器为比例积分控制器，在所述步骤4)中，所述定子频率 加速值等于所述误差信号乘以Kp+l/s，其中Κρ为比例调节系数，&为积分调节系数，s代表 频域。
[0013] 优选的，所述负反馈控制器为比例积分控制器，在所述步骤4)中，所述定子频率 加速值等于所述误差信号乘以（Kp+l/s) /ωe (η)，其中Κρ为比例调节系数，&为积分调节系 数，s代表频域，ωε(η)为所述当前的定子频率标幺值。
[0014] 优选的，在所述步骤1)中，将所述感应电机的额定空载励磁电流除以当前定子频 率标么值得到所述空载励磁电流。
[0015] 优选的，在所述步骤2)中，根据感应电机离线参数辨识方法预估所述总漏感系 数。
[0016] 本发明的一个实施例提供了一种V/f控制法，包括如上所述的V/f控制的感应电 机在弱磁区的加速方法。
[0017] 本发明的一个实施例提供了一种V/f控制的感应电机在弱磁区的加速系统，包 括：
[0018] 空载励磁电流获取装置，用于获得所述感应电机在当前定子频率下的空载励磁电 流Im ;
[0019] 励磁电流设定装置，用于选取0. 5 ·Ιη(1/σ +1)与（Ιη2+σ V(In+o In)的较小值作 为励磁电流设定值，σ为预估的总漏感系数；
[0020] 误差信号计算装置，用于将所述励磁电流设定值减去所述感应电机的励磁电流得 到误差信号；
[0021] 定子频率确定装置，用于根据作为负反馈的控制量的误差信号确定下个控制周期 的定子频率。
[0022] 优选的，所述定子频率确定装置包括：
[0023] 负反馈控制器，用于根据作为负反馈的控制量的误差信号得到作为被控制量的定 子频率加速值；以及
[0024] 定子频率计算装置，用于根据所述定子频率加速值确定下个控制周期的定子频 率。
[0025] 优选的，所述定子频率确定装置还包括定子频率限制装置，用于当确定的下个控 制周期的定子频率大于预定的定子频率时，将下个控制周期的定子频率设定为所述预定的 定子频率。
[0026] 优选的，所述负反馈控制器为比例积分控制器，所述定子频率加速值等于所述误 差信号乘以Kp+l/s，其中Κρ为比例调节系数，&为积分调节系数，s代表频域。
[0027] 优选的，所述负反馈控制器为比例积分控制器，所述定子频率加速值等于所述误 差信号乘以（Kp+KysVcoJn)，其中Κρ为比例调节系数，&为积分调节系数，s代表频域， ω?为所述当前的定子频率标幺值。
[0028] 优选的，所述空载励磁电流获取装置用于将所述感应电机的额定空载励磁电流除 以当前定子频率标么值得到所述空载励磁电流。
[0029] 优选的，所述励磁电流设定装置还用于根据感应电机离线参数辨识方法预估所述 总漏感系数。
[0030] 本发明的一个实施例提供了一种V/f控制系统，包括如上所述的V/f控制的感应 电机在弱磁区的加速系统。
[0031] 本发明的加速方法能够在弱磁区提供最大的转矩输出，在保证系统稳定条件下具 有较快的加速，并具有较大的漏感系数估算误差的容忍性。
【附图说明】
[0032] 以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
[0033] 图1是直角坐标系中励磁电流和转矩电流在满足系统稳定和最大电流限定时的 函数图像。
[0034] 图2是本发明较佳实施例的V/f控制的感应电机在弱磁区的加速方法的流程图。
[0035] 图3是采用现有的加速方法中定子频率-时间图像和相应的电机转速-时间图 像。
[0036] 图4是采用本发明的加速方法中定子频率-时间图像和相应的电机转速-时间图 像。
[0037] 图5示出了在不同的总漏感系数估算误差下采用本发明的加速方法的电机转 速-时间图像。
[0038] 图6示出了在不同的总漏感系数估算误差下采用现有的矢量控制加速方法的电 机转速-时间图像。
[0039] 图7是本发明较佳实施例的V/f控制的感应电机在弱磁区的加速系统的结构框 图。
【具体实施方式】
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实 施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。
[0041] 在d_q坐标系下，感应电机的动力学模型由方程（1)和⑵表示如下：
[0044]其中p是微分算符，Vsd是定子磁链d轴分量，！l^d是转子磁链d轴分量，Vsq是 定子磁链q轴分量，％是转子磁链q轴分量，L"、Ls、k分别是励磁电感、定子电感和转子 电感，其中1^2 = 1^(1-〇)，〇是总漏感系数，isd是定子电流d轴分量，isq是定子电流q 轴分量，是转子电流d轴分量，L是转子电流q轴分量，usd是定子电压d轴分量，usq是 定子电压q轴分量，别是定子频率、转差频率，&和&分别是定子电阻和转子电 阻。
[0045] 相应地，感应电机输出的转矩?；由方程（3)表示如下：
[0046]Te =np(isq￥sd-isd￥sq) (3)
[0047] 其中np是电极对数。
[0048] 本申请人在研究中发现，当感应电机在弱磁区高速运行时，由于定子频率（即变 频器输出频率）特别高，定子电阻可以被忽略，从而得到定子电压方向与定子的电动势方 向一致，定子磁链d轴分量的稳态值和瞬态值同时为零，因此定子磁链Vsdq满足Vsd = 0， 根据方程（2)可得ursq = _usd/〇^。因此根据方程（3)得到?； =npisdusd/〇^。由此可知， 转矩与转矩电流成正比，为了使得感应电机在弱磁区加速过程中具有最大转矩输出，就应 设法使得isd最大。下面，申请人基于定子的电动势定向处理（即定子电压方向与定子的电 动势方向一致），推导转矩电流isd和励磁电流的函数关系。
[0049] 将定子磁链(满足Vsd = 〇,Vsq = _usd/c〇J代入方程⑴可得转子磁链 需满足如下方程（4)