一种三相异步电机转子最优时间常数确定方法
【专利摘要】本发明提供本发明的三相异步电机转子最优时间常数确定方法，包括：步骤s11：给定一个转子时间常数参考值τr_ref；步骤s12：选定励磁电流值id和对应的扭矩电流值iq，此时iq=id；步骤s13：计算此时的转差率Ws=iq/(τr_ref*id)；步骤s14：进行矢量控制；步骤s15：判断扭矩是否递增；步骤s16：若扭矩递增，则令τr_ref=τr_ref+Δτr，其中，Δτr为增加量；再执行步骤s13；步骤s17：若扭矩未递增，则确定最优时间常数τr=τr_ref。本发明克服了现有技术的缺陷，提高了软件的执行效率，又兼顾参数动态变化的特性，在保证系统高效率输出的条件下，工程上也较易实现。
【专利说明】—种三相异步电机转子最优时间常数确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三相异步铸铜转子电机转子最优时间常数确定方法。
【背景技术】
[0002]三相异步电动机作为电动汽车牵引电机，以其性能稳定、成本较低等优点决定了在未来电动汽车领域将占有一席之地。然而其效率往往低于同等功率等级的永磁同步电机，所以提闻异步电机整个控制系统的效率成为业内关注的焦点。
[0003]异步电机矢量控制过程中一个非常关键的参数就是转子时间常数。转子时间常数直接参与转差的计算，而转差是计算同步角度不可或缺的，同时它是决定电机输出扭矩大小的一个很重要的参数，所以转子时间常数的确定显得至关重要。
[0004]由于转子时间常数的计算与电机的电感量和转子电阻有关，如果分别将电机电感和转子电阻分别测试，再利用转子时间常数公式进行计算，这样做不仅实现起来很复杂，而且两个参数的测试条件不能相同，利用运算的结果会造成参数测试的不准确。国内外很多学者也针对这一难题提出各种解决措施，包括参数离线自整定、在线辨识，但实际的工程实践中，应尽量避免复杂的算法，计算成本太高，影响处理器的速度，会降低系统的实时性，严重时可能导致无法正常运行。
【发明内容】
[0005]为解决现 有三相异步电机转子时间常数确定方法测算的时间常数不准确或算法过于复杂的技术问题，本发明提出一种三相异步电机转子最优时间常数确定方法。
[0006]本发明的三相异步电机转子最优时间常数确定方法，
当磁场达到饱和状态前，所述最优时间常数确定方法包括如下步骤:
步骤sll:给定一个转子时间常数参考值τ r_ref ；
步骤sl2:选定励磁电流值id和对应的扭矩电流值iq,此时iq=id ；
步骤sl3:计算此时的转差率Ws=iq/ ( τ r_ref*id)；
步骤sl4:进行矢量控制；
步骤sl5:判断扭矩是否递增；
步骤sl6:若扭矩递增,则令τ ^ref= τ ^ref+Δ h，其中，Δ τ ^为增加量；再执行步骤 sl3 ；
步骤sl7:若扭矩未递增，则确定最优时间常数τ r= τ ^ref。
[0007]进一步的，当磁场达到饱和状态后，所述最优时间常数确定方法包括如下步骤: 步骤s21:在磁场达到饱和状态后，限定励磁电流id维持不变，此时的励磁电流id为
最优励磁电流Ini ；
步骤s22:给定定子电流is_ref ；
步骤s23:计算出对应的扭矩电流iq= sqrt (is_ref~2-1d~2)；
步骤s24:计算此时的转差率Ws=iq/ ( τ r_ref*id)；步骤s25:进行矢量控制；
步骤s26:判断扭矩是否递增；
步骤s27:若扭矩递增，则令τ ^ref= T^ref+Λ 其中，Δ ^为增加量；再执行步骤 s24 ；
步骤s28:若扭矩未递增，则确定最优时间常数τ r= τ ^ref。
[0008]进一步的，所述最优时间常数确定方法包括最优励磁电流Im的确定方法，包括如下步骤:
步骤s31:在额定转速下,给定额定定子电流is和励磁电流参考值id_ref ；
步骤s32:计算出对应的扭矩电流iq= sqrt (is~2_id_ref~2)；
步骤s33:进行矢量控制；
步骤s34:判断扭矩是否递增；
步骤s35:若扭矩递增，则令id_ref=id_ref+A id,其中，Δ id为增加量；再执行步骤
s32 ；
步骤s36:若扭矩未递增,则确定最优励磁电流Im=id_ref。
[0009]本发明具有以下有益效果:本发明以系统获得最大效率为出发点来确定转子时间常数，避开了繁琐的参数辨识过程，用实验的方法，从整体出发，以最大扭矩电流比为目标，找到不同励磁电流条件下对应的最优转差，再改变扭矩电流和励磁电流的匹配关系，反推出真实的转子时间常数，这样就得到了不同励磁电流下转子时间常数的动态数值。本发明克服了现有技术的缺陷，提出了一种新的转子时间常数测试方法，采用离线式的实验标定方法进行参数的测量，制作动态关系表格，提高软件的执行效率，又兼顾参数动态变化的特性，在保证系统高效率输出的条件下，工程上也具备较易实现的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为为电机励磁电流与扭矩电流匹配关系曲线图；
图2为本发明实施例铸铜转子电机转子最优时间常数确定方法中最优励磁电流确定方法的流程图；
图3为本发明实施例中磁场饱和前转子最优时间常数确定方法的流程图；
图4为本发明实施例中磁场饱和时转子最优时间常数确定方法的流程图。
[0011]图1-4中各参数含义: id为励磁电流，
Im为最优励磁电流， iq为扭矩电流， is为定子绕组相电流， id_ref为给定励磁电流参考， is_ref为给定定子电流参考值，
Ws为转差率， τ r为转子时间常数， τ r _ref为给定转子时间常数参考值。【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0013]如图1所示，铸铜转子异步电机的控制需要给定合适的励磁电流和扭矩电流，在磁场未达到饱和之前，可以增大励磁电流，增加磁场的作用，在相同扭矩电流的作用下，增大扭矩输出。但随着励磁电流的增大，磁场会进入饱和状态，此时励磁电流的增大，必然导致逆变器电压提前进入饱和阶段，需要靠提前弱磁来降低逆变器电压，所以必须要对励磁电流进行限制，采用附图1的电流匹配关系，Im表示最优的励磁电流。
[0014]如附图2所不,表不的是确定最优励磁电流的方法。传统的选取方法一般在额定励磁电流的0.2-0.5倍之间，但这样的选择的范围很大，无法知道最优的结果，含有很大的不确定的性。为了寻找一种简单有效的方法，采用附图2的方式，在额定转速下，给定额定定子电流is,改变励磁电流id,由此计算出对应的扭矩电流iq，将对应的电流对(id, iq)运用于电机矢量控制，以最大扭矩输出来确定最优励磁电流。
[0015]具体的，如图2所示，最优励磁电流Ini的确定方法包括如下步骤:
步骤s31:在额定转速下,给定额定定子电流is和励磁电流参考值id_ref ；
步骤s32:计算出对应的扭矩电流iq= sqrt (is~2_id_ref~2)； 步骤s33:进行矢量控制；
步骤s34:判断扭矩是否递增；
步骤s35:若扭矩递增，则令id_ref=id_ref+A id,其中，Δ id为增加量；再执行步骤
s32 ；
步骤s36:若扭矩未递增,则确定最优励磁电流Im=id_ref。
[0016]如附图3所示，表示磁场未饱和之前即励磁电流不断增大阶段的转子时间常数的
确定方法。由于励磁电流和扭矩电流相等，给定(id1; Iq1), (id2, iq2)......(idk, iqk),其
中j=l，2，……，k。每个励磁电流只需改变转子时间常数参考值T^ref，就可以改变转差率Ws,依据实际输出最大扭矩为判断标准，由此可以确定在每个励磁电流给定条件下的最优转子时间常数。
[0017]具体的，如图3所示，当磁场达到饱和状态前，最优时间常数确定方法包括如下步骤:
步骤sll:给定一个转子时间常数参考值T^ref (可以根据电感量、转子电阻等预估一个转子时间常数，作为参考值);
步骤sl2:选定励磁电流值id和对应的扭矩电流值iq,此时iq=id ；
步骤sl3:计算此时的转差率Ws=iq/ ( τ r_ref*id)；
步骤sl4:进行矢量控制；
步骤sl5:判断扭矩是否递增；
步骤sl6:若扭矩递增,则令τ ^ref= τ ^ref+Δ h，其中，Δ τ ^为增加量(或称“步进值”，可根据精度需要确定其取值)；再执行步骤sl3 ；
步骤sl7:若扭矩未递增，则确定最优时间常数τ r= τ ^ref。
[0018]如附图4所示，表示磁场进入饱和状态即励磁电流保持不变阶段的转子时间常数的确定方法。参照附图3给出的电流关系,给定不同的定子电流is_ref=isk、isk+Ais、isk+2 Δ is>......、ismax,其中，isk= sqrt (idk~2+iqk~2), Δ is 为每次定子电流增量，ismax 为电机允许的最大定子电流，is_ref的初始值可以根据磁场饱和状态临界点时的扭矩电流和励磁电流确定。固定id后，可以求出对应定子电流is下对应的扭矩电流iq。运用此电流对参与矢量控制，调整转子时间常数的给定值，如果扭矩不断递增，继续增大转子时间常数，直至扭矩出现减小，找到扭矩最大时对应的转子时间常数就是该扭矩电流下对应的最优转子时间常数。
[0019]具体的，如图4所示，当磁场达到饱和状态后，最优时间常数确定方法包括如下步骤:
步骤s21:在磁场达到饱和状态后，限定励磁电流id维持不变，此时的励磁电流id为最优励磁电流Ini ；
步骤s22:给定定子电流is_ref ；
步骤s23:计算出对应的扭矩电流iq= sqrt (is_ref~2-1d~2)；
步骤s24:计算此时的转差率Ws=iq/ ( τ r_ref*id)；
步骤s25:进行矢量控制；
步骤s26:判断扭矩是否递增；
步骤s27:若扭矩递增，则令τ ^ref= T^ref+Λ 其中，Δ ^为增加量；再执行步骤 s24 ；
步骤s28:若扭矩未递增，则确定最优时间常数τ r= τ ^ref。
[0020]综上，将磁场饱和前后的最优转子时间常数连接起来，便可以得出不同定子电流下对应的最优转子时间常数，由于磁场饱和前励磁电流和扭矩相等，饱和后励磁电流不变，只是扭矩电流变化，为了控制的方便，可以将最优励 磁电流与扭矩电流的变化关系做成表格参与实际的电机矢量控制，由此得出最大扭矩电流比控制，保证电机系统效率的最优。
[0021]如上所云是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种三相异步电机转子最优时间常数确定方法，其特征在于: 当磁场达到饱和状态前，所述最优时间常数确定方法包括如下步骤: 步骤Sll:给定一个转子时间常数参考值τ r_ref ； 步骤sl2:选定励磁电流值id和对应的扭矩电流值iq,此时iq=id ； 步骤sl3:计算此时的转差率Ws=iq/ ( τ r_ref*id)； 步骤sl4:进行矢量控制； 步骤sl5:判断扭矩是否递增； 步骤sl6:若扭矩递增,则令τ ^ref= τ ^ref+Δ h，其中，Δ τ ^为增加量；再执行步骤 sl3 ； 步骤sl7:若扭矩未递增，则确定最优时间常数τ r= τ ^ref。
2.根据权利要求1所述的最优时间常数确定方法，还包括如下步骤: 当磁场达到饱和状态后，所述最优时间常数确定方法包括如下步骤: 步骤s21:在磁场达到饱和状态后，限定励磁电流id维持不变，此时的励磁电流id为最优励磁电流Ini ; 步骤s22:给定定子电流is_ref ； 步骤s23:计算出对应的扭矩电流iq= sqrt (is_ref~2-1d~2)； 步骤s24:计算此时的转差率Ws=iq/ ( τ r_ref*id)； 步骤s25:进行矢量控制； 步骤s26:判断扭矩是否递增； 步骤s27:若扭矩递增，则令τ ^ref= T^ref+Λ 其中，Δ ^为增加量；再执行步骤 s24 ； 步骤s28:若扭矩未递增，则确定最优时间常数τ r= τ ^ref。
3.根据权利要求2所述的最优时间常数确定方法，其特征在于: 包括最优励磁电流Ini的确定方法，包括如下步骤: 步骤s31:在额定转速下,给定额定定子电流is和励磁电流参考值id_ref ； 步骤s32:计算出对应的扭矩电流iq= sqrt (is~2_id_ref~2)； 步骤s33:进行矢量控制； 步骤s34:判断扭矩是否递增； 步骤s35:若扭矩递增，则令id_ref=id_ref+A id,其中，Δ id为增加量；再执行步骤s32 ； 步骤s36:若扭矩未递增, 则确定最优励磁电流Im=id_ref。
【文档编号】H02P21/14GK103731081SQ201310743256
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】郑春阳, 姚伟科 申请人:深圳市航盛电子股份有限公司