專利名稱：感應電動機的速度控制設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于控制由PWM轉換器驅動的感應電動機的速度的控制設備，以及這種轉換器。更具體地說，本發(fā)明涉及以一定的值控制感應電動機速度的控制設備。
感應電動機(下面有時就泛稱“感應機”或“機器”)的速度是通過補償由產生的扭矩或與產生的扭矩成比例的信號得到的滑動進行控制的。在通過這種方式控制感應電動機的速度時，感應電動機的速度有時在連續(xù)負載驅動中由于機械常數變化而變化?；蛘?，不包括任何的速度傳感器的感應電動機的速度由所謂的無傳感器轉移矢量控制方法控制。在用這種方法控制感應電動機的速度時，感應電動機的速度有時還在連續(xù)的負載驅動中也由于機械常數的變化而變化。
當感應電動機連續(xù)驅動一負載時，定子繞組和轉子導體的阻抗值隨感應電動機的溫度升高而增加。由于這一點，在控制設備中設置的機械常數和實際的機械常數之間產生偏差，并且感應電動機的速度改變。
下面將根據感應機電壓和電流的方程式解釋這些問題。使用d-q旋轉坐標的感應機的電壓方程式由下面的公式(1)描述。這里，d軸是設置在旋轉磁場的磁通軸上的坐標軸，而q軸是垂直于d軸的坐標軸。v1dv1q00=r1+r2+p·1σ-ω1σ-1/τ2-ω2ω1·1σr1+r2+p·1σω2-1/τ2-r20p+1/τ2ω2-ω10-r2ω1-ω2p+1/τ2·i1di1qφ2dφ2q----(1)]]>這里，r1是定子繞組的阻抗值，r2是轉子導體的阻抗值，1σ是漏磁電感，ω1是初級角頻率(施加頻率)，ω2是次級角頻率(轉子的旋轉速度)，τ2＝Im/τ2(Im是激勵電感)，v1d是初級電壓的d軸分量，v1q是初級電壓的q軸分量，i1d是初級電流的d軸分量(激勵電流分量)，i1q是初級電流的q軸分量(負載電流分量)，φ2d是次級磁通量的d軸分量，φ2q是次級磁通量的q軸分量，p是微分算子。
如果假定在靜止狀態(tài)中感應電動機磁通量的軸是在d軸上，則φ2d將是恒定的，φ2q是零，而p將是零。重新寫公式(1)得到如下公式(2)到(5)。
ωs1＝ω1-ω2＝r2(i1q/φ2d) (2)這里，ωs1是滑動角頻率(下面稱為“滑動值”)。
φ2d＝Im·i1d(3)v1d＝r1·i1d-ω1·1σ·i1q(4)v1q＝r1·i1q+ω1·1σ·i1d+ω1φ2d(5)如公式2指出的，滑動值ωs1隨轉子導體阻抗值r2變化而變化。當定子繞組阻抗值r1變化時，初級電流i1d的d軸分量在v1d為常數時如公式(4)變化，這導致了公式(3)右側的變化。公式(3)的右側得到的變化改變了公式(2)的右側上的分母，這還導致了滑動值ωs1的變化。
簡而言之，定子繞組和轉子導體的阻抗值的變化引起滑動值變化，進而引起感應電動機旋轉速度變化。
考慮到上述的因素，本發(fā)明的一個目的是提供控制設備，通過適當的饋送在定子繞組和轉子導體的阻抗值中由于連續(xù)驅動負載的感應電動機中溫度的升高引起的變化至機械常數，促使感應電動機的旋轉速度保持在預定值。
當轉換器將初級電壓的d軸分量(其由漏磁電感1σ引起的交叉項(cross term)被補償)饋至感應電動機時，可以認為公式(4)的右側次級項補償為零)。由此，由下面的公式(6)給出轉換器產生的初級電壓的參考的d軸分量vid*。
v1d*＝r1·i1d(6)另一方面，初級電壓的參考d軸分量是恒定的，這是由于它是根據設置在控制設備中的常數計算的。換句話說，當定子繞組的阻抗值r1變化時，初級電流的d軸分量i1d變化。將定子繞組和轉子導體裝入同一結構。因此，如果假定定子繞組和轉子導體的溫度升高的速度相同，則初級電流d軸分量i1d的變化可以認為是轉子導體r1的阻抗值r1的變化。
現在，將描述根據本發(fā)明的第一實施例。
如果認為初級電壓的參考d軸分量v1d*是恒定的，并對定子繞組r1(1)阻抗值將初級電流的d軸分量輸入i1d(1)，和對定子繞組r1(2)阻抗值將初級電流的d軸分量輸入i1d(2)，從上述公式(6)將得到下面的公式(7)。
v1d＝r1(1)·i1d(1)＝r1(2)·i1d(2)(7)通過變形公式(7)，從下面的公式(8)得到r1(1)和r1(2)的比例。如公式(8)所指出的，定子繞組的阻抗值的比從電流比得到。
r1(2)/r1(1)＝i1d(1)/i1d(2) (8)如果另外假定定子繞組的阻抗值r1和轉子導體的阻抗值r2相互成比例的變化，則將得到下面的公式(9)。
r1(2)/r1(1)＝r2(2)/r2(1)＝i1d(1)/i1d(2) (9)這里，i1d(1)是當轉子導體的阻抗值是r2(1)時初級電流的d軸分量，而i1d(2)是當轉子導體的阻抗值是r2(2)時，初級電流的d軸分量。
通過將公式(3)和(6)替代到描述滑動值的公式(2)中，并重新寫公式(2)，得到下面的公式(10)。
ωs1＝r2·(i1q/φ2d)＝r2·i1q/(1m·i1d)＝r2·i1q/[1m·(v1d*/r1)]＝r1·r2·i1q/(1m·v1d*) (10)如果對阻抗值r1(1)和r2(1)將初級電流的d軸分量代入i1d(1)，并將滑動值代入ωs1(1)，并將初級電流的d軸分量代入i1d(2)，并對阻抗值r1(2)和r2(2)將滑動值代入ωs1(2)，將通過下面的等式(11)得到滑動值ωs1(1)，并通過下面的等式(12)得到滑動值ωs1(2)。
ωs1(1)＝r1(1)·r2(1)·[i1q/(1m·v1d*)](11)ωs1(2)＝r1(2)·r2(2)·[i1q/(1m·v1d*)](12)通過由公式(11)和(12)得到滑動值比，并通過將滑動值比代入公式(9)，得到下面的公式(13)。
ωs1(2)/ωs1(1)＝(r1(2)/r1(2))·(r2(2)/r2(1))＝(i1d(1)/i1d(2))·(i1d(1)/i1d(2))＝(i1d(1)/i1d(2))2(13)
由此，通過從公式13得到的值補償滑動值，以將感應電動機的速度保持在某一值。
現在描述本發(fā)明的次級實施例。
如上所述，滑動值ωs1由公式(2)給出。如果公式(2)中的φ2d保持在某一值，則從下面的公式(14)得到滑動值的比，這是由于公式(11)和(12)右側上的第一和第三項分別相等。
ωs1(2)/ωs1(1)＝(r2(2)/r2(1))＝(i1d(1)/i1d(2))(14)由此，通過根據公式(14)補償滑動值ωs1，將感應電動機的速度保持在某一值。然后，將描述將φ2d保持在某一值的方法。
考慮公式(3)和(6)，次級磁通量φ2d由下面的公式(15)描述。
φ2d＝1m·i1d＝1m·(v1d*/r1) (15)通過將r1(1)和r2(1)的初級電流的d軸分量代入i1d(1)，將r1(1)和r2(1)的初級電壓的參考d軸分量代入v1d*(1)，將r1(2)和r2(2)的初級電流d軸分量代入i1d(2)，并將r1(2)和r2(2)的初級電壓的參考d軸分量代入v1d*(2)，得到初級電壓的參考d軸分量v1d*的關系的表達式。
首先，r1(1)和r2(1)的次級磁通量φ2d(1)由下面的公式(16)表示，而r1(2)和r2(2)的次級磁通量φ2d(2)由下面的公式(17)表示。
φ2d(1)＝1m·i1d(1)＝1m·(v1d*(1)/r1(1))(16)φ2d(2)＝1m·i1d(2)＝1m·(v1d*(2)/r1(2))(17)當v1d*(1)/r1(1)＝v1d*(2)/r1(2)，次級磁通量φ2d(1)和φ2d(2)相互等同。通過使上述公式變形，并引入公式(9)，得到下面的公式(18)。
v1d*(2)/v1d*(1)＝r1(2)/r1(1)＝i1d(1)/i1d(2)(18)由此，將次級磁通量保持在某一值，并通過根據公式(18)補償定子繞組的阻抗值的變化來補償滑動值。
如上所解釋的，由于定子繞組和轉子導體的阻抗值的變化通過檢測的激勵電流的變化是可以檢測的，并且根據測出的激勵電流的變化控制設備中所設置的常數是可校正的，故即使由于連續(xù)驅動負載而使感應電動機的溫度升高，也可將感應電動機的旋轉速度控制在恒定值。
根據本發(fā)明的第三和第四實施例是分別以第一和次級實施例的原理為基礎的。第三和第四實施例滑動值計算器結構分別不同于第一和次級實施例，這將在下面進行描述。
現在，將參照描述本發(fā)明的較佳實施例的附圖解釋本發(fā)明。在所有這些圖中，相同的部分由相同的標號指出，并且為了簡便起見，省略了對它們的重復的解釋。


圖1是根據本發(fā)明的第一實施例的用于控制感應電動機速度的控制設備的方塊圖。
圖2是根據本發(fā)明的次級實施例的用于控制感應電動機速度的控制設備的方塊圖。
圖3是根據本發(fā)明的第三實施例的用于控制感應電動機速度的控制設備的方塊圖。
圖4是根據本發(fā)明的第四實施例的用于控制感應電動機速度的控制設備的方塊圖。
圖1是根據本發(fā)明的第一實施例，用于控制感應電動機速度的控制設備的方塊圖?，F在參照圖1，標號1指感應電動機，標號2指電流檢測器，而3指驅動感應電動機的PWM轉換器。
由電流檢測器2檢測的電流被饋送到第一坐標變換器4。第一坐標變換器4將饋送電流分解為初級電流的d軸分量id1和q軸分量iq1。d軸分量id1輸入到第一校正值計算器9，q軸分量iq1輸入到滑動值計算器8。滑動值計算器8中使用公式(2)由初級電流的q軸分量iq1轉換的滑動值以及從第一校正值計算器9輸出的值在倍增器10中倍增。倍增器10中倍增的結果被輸入加法器11，作為校正的滑動值ωs1。
第一校正值計算器9(其中初級電流的d軸分量id1輸入到該計算器9)相應于定子繞組或轉子導體阻抗值的變化，用公式(13)計算滑動值的比例，作為校正值。通過在倍增器10中倍增校正值和從滑動值計算器8饋送來的滑動值，根據初級電流的d軸分量id1校正滑動值ωs1加法器11通過對參考次級角頻率ω2*與校正的滑動值ωs1相加，計算參考初級角頻率ω1*。參考初級角頻率ω1*被饋送到電壓矢量計算器7和積分器6。
電壓矢量計算器7計算初級電壓的d軸和q軸分量，并將計算得到的d軸和q軸分量送到第二坐標變換器5作為參考值vid*和viq*。定子繞組阻抗的參考值r1*也輸入到電壓矢量計算器7。
積分器6根據參考初級角頻率ω1*計算參考矢量位置，并將計算得的參考矢量位置饋送到第一坐標變換器4和次級坐標變換器5。
次級坐標變換器5根據初級電壓的參考d軸分量v1d*、初級電壓的參考q軸分量v1q*以及參考矢量位置，計算變換器的輸出電壓。次級坐標變換器5將計算的結果饋送到PWM變換器3，使PWM變換器3產生AC電壓。感應電動機1由AC電壓驅動，所述AC電壓從PWM變換器3中輸出。感應電動機1的電流由電流檢測器2檢測。
圖2是根據本發(fā)明的次級實施例的用于控制感應電動機的速度的控制設備的方塊圖。
現在參照圖2，將初級電流的d軸分量id1輸入到次級校正值計算器12中，該計算器12的輸出被輸入到倍增器10和倍增器13中。倍增器13倍增次級校正值計算器12的輸出以及定子繞組阻抗的參考值r1*。倍增器13將倍增結果饋送到電壓矢量計算器7。
次級校正值計算器12根據公式14和18，用初級電流id1的d軸分量的狀態(tài)，分別計算滑動值(轉子導體的阻抗值)和定子繞組的阻抗值的校正值。
滑動值校正值輸入至倍增器10以校正滑動值，將定子繞組的阻抗校正值輸入倍增器13，以校正定子繞組的設置的阻抗值r1*。
圖3是根據本發(fā)明的第三實施例的用于控制感應電動機速度的控制設備的方塊圖。
現在參照圖3，扭矩計算器14由初級電壓vd1*的參考d軸分量、初級電壓vq1*的參考q軸分量、初級電流id1*的參考d軸分量、初級電流iq1*的參考q軸分量、定子繞組r1*的設置的阻抗值、以及參考初級角頻率ω1*，計算感應電動機中產生的扭矩。將產生的扭矩輸入滑動值計算器8，以用滑動扭矩特性得到滑動值。然后，用第一校正值計算器9的輸出校正滑動值。
圖4是根據本發(fā)明的第四實施例，用于控制感應電動機速度的控制設備的方塊圖。
圖4的控制設備包含圖3的扭矩計算器14，它被加到圖2的控制設備組成的元件。計算滑動值計算器8中的滑動值的方法與第三實施例相同。
計算滑動值(轉子導體的阻抗值)的校正值與定子繞組的阻抗值的校正值的方法與次級實施例相同。
根據第四實施例，滑動值(轉子導體的阻抗值)根據感應電動機1中產生的扭矩校正，并且定子繞組的阻抗值根據初級電流id1的d軸分量校正。
如上所述，根據本發(fā)明，由于定子繞組和轉子導體的阻抗值的變化根據初級電流(激勵電流分量)的d軸分量的變化校正，故即使由于其連續(xù)的負載驅動引起溫度升高，也可以將無傳感器的感應電動機的旋轉速度保持在某一個值。
權利要求
1.一種控制設備，包含變換器，用于驅動不具有速度傳感器的感應電動機，控制設備將感應電動機的速度控制在預定值，其特征在于，所述控制設備包含檢測裝置，用于檢測感應電動機的電流；分解裝置，用于將由檢測裝置檢測到的電流分解為激勵電流分量和負載電流分量；滑動值計算裝置，用于根據負載電流分量計算感應電動機的滑動角頻率；校正值計算裝置，用于響應于激勵電流分量的變化，計算感應電動機的滑動角頻率的校正值；校正裝置，用于用在校正值計算裝置中算出的校正值，校正在滑動值計算裝置中算出的滑動角頻率；參考頻率計算裝置，用于根據在校正裝置中校正過的滑動角頻率，計算參考初級角頻率；及參考電壓計算裝置，用于根據參考初級角頻率計算參考電壓值，并將計算的參考電壓值饋送到變換器。
2.一種控制設備，包含變換器，用于驅動不具有速度傳感器的感應電動機，控制設備將感應電動機的速度控制在預定值，其特征在于，所述控制裝置包含檢測裝置，用于檢測感應電動機的電流；分解裝置，用于將由檢測裝置檢測的電流分解為激勵電流分量和負載電流分量；滑動值計算裝置，用于根據負載電流分量計算感應電動機的滑動角頻率；校正值計算裝置，用于響應于激勵電流分量的變化，計算定子繞組的阻抗的第一校正值和感應電動機的滑動角頻率的次級校正值；第一校正裝置，用于使用第一校正值校正定子繞組的阻抗值；第二校正裝置，用于使用次級校正值校正滑動值計算裝置中計算得到的滑動角頻率；參考頻率計算裝置，用于根據在第二校正裝置中校正的滑動角頻率，計算參考初級角頻率；及參考電壓計算裝置，用于根據參考初級角頻率和校正的定子繞組的阻抗值，計算參考電壓值，并將計算到的參考電壓值饋送到變換器。
3.一種控制設備，包含變換器，用于驅動不具有速度傳感器的感應電動機，控制設備將感應電動機的速度控制在預定值，其特征在于，所述控制設備包含檢測裝置，用于檢測感應電動機的電流；分解裝置，用于將由檢測裝置檢測到的電流分解為激勵電流分量和負載電流分量；滑動值計算裝置，用于根據感應電動機中產生的扭矩，計算感應電動機的滑動角頻率；校正值計算裝置，用于響應于激勵電流分量的變化，計算感應電動機的滑動角頻率的校正值；校正裝置，用于使用校正值計算裝置中計算的校正值校正滑動值計算裝置中計算出的滑動角頻率；參考頻率計算裝置，用于根據在校正裝置中校正的滑動角頻率，計算參考初級角頻率；參考電壓計算裝置，用于根據參考初級角頻率計算參考電壓值，并將計算到的參考電壓饋送到變換器；及扭矩計算裝置，用于根據參考電壓值、激勵電流分量、負載電流分量、定子繞組的阻抗值和參考初級角頻率，計算感應電動機中引起的扭矩。
4.一種控制設備，包含變換器，用于驅動不具有速度傳感器的感應電動機，控制設備將感應電動機的速度控制在預定值，其特征在于，所述控制設備包含檢測裝置，檢測感應電動機的電流；分解裝置，將由檢測裝置檢測的電流分解為激勵電流分量和負載電流分量；滑動值計算裝置，根據感應電動機中引起的扭矩計算感應電動機的滑動角頻率；校正值計算裝置，響應于激勵電流分量的變化，計算定子繞組的阻抗的第一校正值和感應電動機滑動角頻率的次級校正值；第一校正裝置，用于使用第一校正值校正定子繞組的阻抗；第二校正裝置，用于使用次級校正值校正滑動值計算裝置中算出的滑動角頻率；參考頻率計算裝置，用于根據第二校正裝置中校正的滑動角頻率計算參考初級角頻率；參考電壓計算裝置，用于根據參考初級角頻率和校正的定子繞組阻抗值計算參考電壓值，并將計算的參考電壓值饋到變換器；和扭矩計算裝置，根據參考電壓值、激勵電流分量、負載電流分量、定子繞組的阻抗值以及參考初級角頻率計算感應電動機中產生的扭矩。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種控制設備,有助于當由于連續(xù)驅動負載的感應電動機中的溫度升高引起了滑動頻率變化時,將感應電動機的旋轉速度保持在預定值。用于將高壓電就的速度控制在預定值,并包含用于驅動不具有速度傳感器的變換器3的控制設備包含:電流檢測器2,用于檢測感應電動機的電流;第一坐標變換器4,用于將由電流檢測器2檢測到的電流分解為激勵電流分量和負載電流分量;滑動值計算器8,用于根據負載電流分量計算感應電動機的滑動角頻率;校正值計算器9,用于響應于激勵電流的分量的變化,計算感應電動機滑動角頻率的校正值;倍增器10,用于用校正值計算器9中計算出的校正值校正滑動值計算器8中算出的滑動角頻率;以及加法器11,用于根據校正的滑動角頻率計算參考初級角頻率;電壓矢量計算器7,根據參考初級角頻率計算參考電壓值;以及次級坐標變換器5,用于將計算出的參考電壓值饋送到變換器3。
文檔編號H02P21/06GK1241066SQ9911014
公開日2000年1月12日 申請日期1999年6月30日 優(yōu)先權日1998年6月30日
發(fā)明者石井新一, 田島宏一 申請人:富士電機株式會社