專利名稱：感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器及構(gòu)造法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器及構(gòu)造方法，適用于高性能感應(yīng)電機調(diào)速或伺服系統(tǒng)控制，屬于電力傳動控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
感應(yīng)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、可靠性高和價格低廉等優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其耗電量占工業(yè)用電量的一半以上。目前，感應(yīng)電機調(diào)速大都采用變頻技術(shù)，為了充分利用電機的定額，獲得最大輸出轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以下總是將電機的氣隙磁通設(shè)為額定值。感應(yīng)電機以恒定磁通在額定工作點附近運行時效率較高，但在輕載時，電機的運行效率和功率因數(shù)會明顯下降。即現(xiàn)有的變頻調(diào)速系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)換效率方面并不是最優(yōu)的，電機在輕載時的低效率，造成了電能的極大浪費。特別是在電動汽車、空間電驅(qū) 動裝置和船艦驅(qū)動系統(tǒng)等一些有限能源供電的應(yīng)用領(lǐng)域，低效率的電機運行方式，直接影響了系統(tǒng)的整體性能。因此，研究感應(yīng)電機調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能運行模式，提高電機運行的能量轉(zhuǎn)換效率，是一個很有意義和急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器及構(gòu)造方法，其目的旨在克服現(xiàn)有變頻調(diào)速技術(shù)所存在的不能兼顧高性能與高效率的缺陷，通過分析感應(yīng)電機損耗產(chǎn)生機理，建立定子磁場定向坐標系下的感應(yīng)電機近似等效電路模型，導出了一定電機運行工況條件下電機運行損耗與電機轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩和定子電流之間的定量關(guān)系，并給出了電機運行功耗極小(效率極大)時的功率平衡條件；采用霍爾傳感器檢測定子相電流和直流母線電壓，光電編碼器測量轉(zhuǎn)速，電壓模型估計定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩，構(gòu)造最優(yōu)定子磁鏈計算模塊，將最優(yōu)定子磁鏈計算模塊置入直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)對感應(yīng)電機的高效率和快響應(yīng)控制。該節(jié)能變頻器可在保持直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快、參數(shù)魯棒性和抗負載擾動能力強特點的同時，顯著提高電機的運行效率，達到節(jié)能降耗的目的。且無需增加額外硬件，具有結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)通用，易于實現(xiàn)，成本低廉，運行可靠的優(yōu)點。其工作原理針對感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)，通過合理的簡化，建立了定子磁場定向坐標系中的感應(yīng)電機近似等效電路模型，將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)與效率優(yōu)化方法相結(jié)合對感應(yīng)電機進行控制；采用霍爾傳感器檢測定子電流和直流母線電壓，光電編碼器測量轉(zhuǎn)速，電壓模型估計定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩，構(gòu)造最優(yōu)定子磁鏈計算模塊，最優(yōu)定子磁鏈計算模塊用于產(chǎn)生一定工況條件下的定子磁鏈給定值；將最優(yōu)定磁鏈計算模塊、定子相電壓計算模塊、Clarke變換模塊、定子磁鏈與轉(zhuǎn)速估計器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、磁鏈滯環(huán)比較器、開關(guān)邏輯表、Park變換模塊、轉(zhuǎn)速控制器、轉(zhuǎn)速計算模塊和功率變換器共同組成感應(yīng)電機節(jié)能變頻器，對感應(yīng)電機進行高效率快響應(yīng)的轉(zhuǎn)速控制。本發(fā)明的技術(shù)解決方案其特征是根據(jù)定子磁場定向d-q坐標系中的感應(yīng)電機近似等效電路模型(

圖1)，可得到感應(yīng)電機的定子銅損耗Au為
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器，其特征是根據(jù)定子磁場定向d-q坐標系中的感應(yīng)電機近似等效電路模型，得到感應(yīng)電機的定子銅損耗5為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器，其特征是所述的功率變換器由整流器、濾波電容器、霍爾電壓傳感器、三相IGBT逆變器、A霍爾電流傳感器，B霍爾電流傳感器構(gòu)成；其中整流器的第一信號輸出端與三相IGBT逆變器的第一信號輸入端相接，整流器的第二信號輸出端與霍爾電壓傳感器的第一信號輸入端相接，霍爾電壓傳感器的第一信號輸出端與三相IGBT逆變器的第二信號輸入端相接，所述的整流器的第一信號輸出端通過濾波電容器與整流器的第二信號輸出端相接，霍爾電壓傳感器的第二信號輸出端輸出直流母線電壓(Ihe)，三相IGBT逆變器的第一信號輸出端與A霍爾電流傳感器的信號輸入端相接，三相IGBT逆變器的第二信號輸出端與B霍爾電流傳感器的信號輸入端相接，三相IGBT逆變器的第三信號輸出端、A霍爾電流傳感器的第一信號輸出端、B霍爾電流傳感器的第一信號輸出端輸出三相變頻交流電源所述的A霍爾電流傳感器的輸出為相電流(匕)，B霍爾電流傳感器的輸出為相電流(j山所述的整流器的輸入有三相工頻交流電源H Ui, %)，逆變器的輸入為逆變器開關(guān)信號( , se)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器，其特征是所述的感應(yīng)電機負載系統(tǒng)，由感應(yīng)電機、負載、光電編碼器共同構(gòu)成，其中感應(yīng)電機的輸入為三相變頻交流電壓( 為為)，光電編碼器的輸出為轉(zhuǎn)子位置信號輯)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器，其特征是所述的感應(yīng)電機節(jié)能變頻控制器，由定子相電壓計算模塊、Clarke變換、轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈估計器、開關(guān)邏輯表、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、定子磁鏈滯環(huán)比較器、Park變換、轉(zhuǎn)速控制器、定子磁鏈計算模塊和轉(zhuǎn)速計算模塊共同構(gòu)成；其中定子相電壓計算模塊的輸入是逆變器 開關(guān)信號K, Si, Sc)和直流母線電壓( )，輸出是定子相電壓( 為)；Clarke變換模塊的輸入是定子相電壓和定子相電流(^為)，輸出是定子電壓的在靜止坐標系中的分量Ae，usfi)和定子電流的在靜止坐標系中的分量(^ ，25/);磁鏈與轉(zhuǎn)矩估計器的輸入是Clarke變換模塊的四個輸出，輸出是定子磁鏈估計值d3)、磁鏈角估計值( )和轉(zhuǎn)矩估計值(t);開關(guān)邏輯表的輸入為轉(zhuǎn)矩狀態(tài)信號(￡>P，磁鏈狀態(tài)信號CV和磁鏈位置信號( )，輸出為控制逆變器的開關(guān)信號( , &);轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸入是轉(zhuǎn)矩誤差信號(巧)，輸出是轉(zhuǎn)矩狀態(tài)信號CV)磁鏈滯環(huán)比較器的輸入是磁鏈誤差信號( ),輸出是磁鏈狀態(tài)信號(A);轉(zhuǎn)速控制器的輸入是轉(zhuǎn)速誤差信號(^)，輸出是轉(zhuǎn)矩參考值(Φ ;Park變換模塊的輸入是Clarke變換的第三和第四個輸出k和輸出是定子相電流的d，q分量U和％ ;定子磁鏈計算模塊由功率損耗計算模塊、磁鏈調(diào)節(jié)器共同組成，其中功率損耗計算模塊的輸入是Park變換的輸出Lk和轉(zhuǎn)速 T，輸出是對應(yīng)于d軸電流分量的電機損耗和對應(yīng)于q軸電流分量的電機損耗iLw,磁鏈調(diào)節(jié)器的輸入是d軸電流分量的電機損耗與q軸電流分量的電機損耗 的差值(％)，輸出是定子磁鏈(1 ”)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器，其特征是所述的感應(yīng)電機節(jié)能變頻器和感應(yīng)電機負載系統(tǒng)共同構(gòu)成感應(yīng)電機節(jié)能變頻調(diào)速系統(tǒng)，其中感應(yīng)電機節(jié)能變頻器中的三相IGBT逆變器的第三信號輸出端、A霍爾電流傳感器的第一信號輸出端、B霍爾電流傳感器的第一信號輸出端輸出的三相變頻交流電源( , ,Ui)接入感應(yīng)電機負載系統(tǒng)中的感應(yīng)電機的三相變頻交流電源( , , )的輸入端，感應(yīng)電機、負載與光電編碼器通過機械裝置剛性連接，光電編碼器的信號輸出端與轉(zhuǎn)速計算模塊的信號輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明是一種感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能變頻器，其特征是據(jù)定子磁場定向d-q坐標系中的感應(yīng)電機近似等效電路模型，可得感應(yīng)電機的定子銅損耗、鐵芯損耗、總損耗、電機總損耗，據(jù)此來構(gòu)造定子磁鏈計算模塊，并置入直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，組成感應(yīng)電機節(jié)能變頻控制器，感應(yīng)電機節(jié)能變頻控制器與功率變換器共同組成感應(yīng)電機節(jié)能變頻器。感應(yīng)電機節(jié)能變頻控制器中的開關(guān)邏輯表輸出的控制逆變器開關(guān)信號接入功率變換器中的三相IGBT逆變器中的開關(guān)信號的輸入端。優(yōu)點1)可明顯地減小電機運行的功率損耗，提高電機驅(qū)動系統(tǒng)的整體綜合性能。結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，實現(xiàn)成本低廉；2)尤其適合經(jīng)常處于輕載運行狀態(tài)或負載頻繁變化的應(yīng)用場合。
文檔編號H02P23/14GK102882466SQ201210378888
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者張興華 申請人:南京工業(yè)大學