无传感器矢量控制设备及其方法技术

一种无传感器矢量控制设备，包括速度控制器，用于从使用者接收速度命令值并输出同步速度；“ｄ”和“ｑ”轴电压命令单元，用于接收同步速度并且输出“ｄ”轴电压与“ｑ”轴电压；电压转换器，用于接收“ｑ”轴电压与“ｄ”轴电压，并且将这两相电压转换成三相电压；和变流器，用于接收该三相电压并且控制感应电动机的速度。由于即使不使用速度传感器也能在整个速度范围内实现矢量控制，因此无传感器矢量控制设备可以制造为产品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
无传感器矢量控制设备及其方法               1.
本专利技术涉及一种矢量控制设备，尤其涉及无传感器矢量控制设备和方法，用于控制感应电动机的变速运转和速度。              2.
技术介绍
通常，由于与直流电动机相比感应电动机比较难于控制，因此感应电动机主要用于恒速运转。然而，随着矢量控制理论的引入和高性能的中央处理器(CPU)或数字信号处理器(DSP)的发展，可以控制感应电动机做变速运转。矢量控制理论是这样一种方法，其中以120°间隔输入的三相交流电(“a”相、“b”相、“c”相)按直轴和90°间隔的横轴分解(转换)，将它们的大小控制为需要的值并将其恢复(反转换)为三相电，由此控制三相交流电。这个方法主要用于控制感应电动机。为了对感应电动机进行矢量控制，需要感应电动机的速度信息或磁通信息。为了检测速度信息或磁通信息，需要速度传感器或磁通传感器，诸如速度计、解析器(resolver)或脉冲编码器。然而，由于传感器包括电子电路，因此，由于电子电路的使用温度范围、速度传感器和变流器(inverter)之间信号接线费用大，使具有传感器的感应电动机受到局限。而且尽管可以安装速度传感器，由于感应电动机与速度传感器之间的连接部分禁受不起冲击，出于设备可靠性考虑最好避免使用传感器。因此，近来，提出了关于没有速度传感器的无传感器矢量控制设备的各种感应电动机速度估算方法。其中，将基于模型参考自适应系统、自适应观察器的方法(即，一种独立于主控制系统的估算速度或者转差频率的方法)-->用作考虑速度估算稳定性的高速运算方法，将高频注入(high frequencyinjection)方法用作低速算法方法。图1是依照常规技术的速度控制设备的示意方框图，其依照电压转换频率的方法提供同步速度。如图1所示，常规的速度控制设备包括：角速度发生器1，它接收使用者输入的命令频率(F)，将其转换为施加给电机的电机角速度(We)并输出；电压发生器2，它接收命令频率(F)，依照电压对频率的比率(V/F比率)生成电压并输出；和变流器(inverter)3，它通过利用从角速度发生器1输出的电机角速度(We)和从电压发生器2输出的电压控制感应电动机(IM)的速度。现在来解释按上面的描述结构的常规速度控制设备的工作情况。通常，在工业现场，不需要速度检测装置，相反，普遍使用的是简单控制的可变电压可变频率(VVVF)方法的普通变流器。为了恒定保持感应电动机的磁通，普通变流器恒定控制变流器输出电压和输出频率之间比率(V/F＝常数)，且通过改变输出频率来控制旋转磁场的同步速度(rpm(每分钟转数))。同步速度(rpm)＝120*F/P-------------------------------(1)其中“P”表示定子绕组的磁极数目，而“F”表示定子绕组流动的电流的命令频率。同时，用于获取输入电压的感应电动机的电压(Vs)如下所示。Vs＝Rs*Is+(Lls+Lm)*dIs/dt----------------------------(2)其中“Rs”表示定子电阻，“Is”表示感应电动机的输入电流，“Lls”表示定子漏磁电抗，而“Lm”表示激磁电抗。在忽略公式(2)中感应电动机的定子电阻(Rs)的情况下，Vs＝(Lls+Lm)*dIs/dt----------------------------------(3)通常，与公式(3)中的激磁电抗(Lm)相比，定子漏磁电抗(Lls)较-->小。因此，通过公式(4)计算公式(3)：Vs＝Lm*dIs/dt＝We*Lm*Is＝2πF*φ-----------------------------(4)在公式(4)中，因为Vs/F＝2π*φ，因此通过恒定地提供Vs/F比率可恒定地保持磁通以控制电机。因此，当确定了命令频率(F)时，可将其转换为同步速度(We＝2πF)并施加给感应电动机。此时，为了恒定地保持感应电动机的磁通，生成一个确使V/F比率恒定的相应于命令频率(F)的电压，且将其输出到变流器。然后，变流器利用同步速度(We)和电压生成三相电压，并且把它们提供给感应电动机(IM)。即，假设恒定地提供V/F比率，由于恒定地保持磁通，因此可以控制感应电动机。在这方面，由于感应电动机以与同步速度相比较低的速度转动，通过下面的公式(5)得到一个转差率(slip)：Slip＝(We-Wr)/We其中“We”表示同步速度，而“Wr”表示感应电动机的速度。图2说明了依照常规技术V/F方法的负荷和电机的转差率-转矩的曲线波形的图表。如图2所示，感应电动机在负荷和感应电动机的转差率-转矩曲线的交点运行，并且有相应的电流流动。图3是依照常规技术的矢量控制设备的示意性方框图。如图3所示，矢量控制设备具有变流器，用于从使用者接收速度命令值(Wr*)并向感应电动机提供需要的三相电流，包括：第一比例积分器5，用于接收在由使用者输入的速度命令值(Wr*)和从感应电动机实际检测到的速度(Wr)之间的误差，并且生成一个“q”轴分量的电流命令值(iqse*)；第二比例积分器8，用于接收一个误差，它是相应于电机额定值的“q”轴的电流命令值(iqse*)和流过电机的“q”轴的实际电流(iqse)之间的差值，并且生成和输出一个电压(vqse)，用于使电机以速度命令值(Wr*)速度运-->行；第三比例积分器9，用于接收在相应于电机额定值的“d”轴分量的电流命令值(idse*)和流过电机的“d”轴的实际电流(idse)之间的误差，并且生成和输出一个电压(vdse)用于使电机以速度命令速度运行；静态坐标系统转换器10，用于接收两相电压(vqse和vdse)并且输出三相电压Va、Vb和Vc；同步坐标系统转换器12，用于检测输入感应电动机的三相电流(ias、ibs和ics)，改变流过电机的“d”轴的实际电流(idse)和流过电机的“q”轴的实际电流(iqse)，并且输出它；转差频率发生器13，用于接收“q”轴分量的电流命令值(iqse*)和“d”轴分量的电流命令值(idse*)并且生成一个转差频率；算术控制信号发生器14，用于接收转差频率发生器13的转差频率(Wslip)和感应电动机的实际检测到的速度(Wr)，并且生成角速度(We)；变流器11，用于接收三相电压Va、Vb和Vc并且控制感应电动机的速度；和速度传感器15，其连接到感应电动机的轴上，以检测感应电动机的速度。现在来解释按上面的描述结构的常规矢量控制设备的工作情况。首先，第一运算器获取在速度命令值(Wr*)和实际检测到的速度(Wr)之间的误差，并且把它提供给第一比例积分器5，第一比例积分器5建立一个“q”轴分量(转矩分量)的电流命令值(iqse*)并且把它提供给第二运算器6的非反向输入端(+)，把相应于电机额定值生成的“d”轴分量的电流命令值(idse*)提供给第三运算器7的非反向输入端(+)。然后，第二运算器6和第三运算器7获取“d”与“q”轴的电流命令值(idse*和iqse*)和“d”与“q”轴的实际电流值(idse和iqse)之间的误差，并且把误差提供给第二比例积分器8和第三比例积分器9。然后，第二和第三比例积分器8和9生成“d”轴与”q”轴电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无传感器矢量控制设备，包括： 速度控制器，用于从使用者接收速度命令值并且输出同步速度； “ｄ”和”ｑ”轴电压命令单元，用于接收同步速度命令值并且转换为”ｄ”轴电压与”ｑ”轴电压； 电压转换器，用于接收”ｑ”轴电压与”ｄ”轴电压，并且将这两相电压转换成三相电压；和 变流器，用于接收三相电压并且控制感应电动机的速度。

【技术特征摘要】
KR 2000-8-18 47837/001.一种无传感器矢量控制设备，包括：速度控制器，用于从使用者接收速度命令值并且输出同步速度；“d”和”q”轴电压命令单元，用于接收同步速度命令值并且转换为”d”轴电压与”q”轴电压；电压转换器，用于接收”q”轴电压与”d”轴电压，并且将这两相电压转换成三相电压；和变流器，用于接收三相电压并且控制感应电动机的速度。2.如权利要求1所述的设备，其中速度控制器包括：第一运算器，用于计算来自使用者的速度命令值和感应电动机的实际电压之间的误差值；比例积分器，用于接收速度命令值和实际电压之间的误差，并且计算感应电动机的转差频率；和第二运算器，用于将转差频率和速度命令值相加并且获取同步速度。3.如权利要求1所述的设备，其中”d”轴电压命令单元包括：低通滤波器，用于接收流过感应电动机的“q”轴的实际电流(iqs)，对其进行低通滤波以去除不必要的部分，而且输出经过滤波的电流(iqs)；第一乘法器204，用于接收经过滤波的电流(iqs)，将其乘以定子电阻值(Rs)，并且输出电压；电压运算器，用于接收经过滤波的电流(iqs)，将其乘以同步速度(We)和电感值δL，并且生成电压；    低通滤波器，用于接收流过感应电动机的“d”轴的实际电流(ids)，对其进行低通滤波以去除不必要的部分，并且输出经过滤波的电流；第二乘法器，用于将经过滤波的电流值乘以定子电阻值(Rs)，并且输出电压；和第三运算器，用于运算从第二乘法器输出的电压值和从电压运算器输出的电压，并且生成”d”轴电压(Vds)。4.如权利要求1所述的设备，其中”q”轴电压命令单元包括：电压发生器，用于从速度控制器接收同步速度(We)，并且生成与同步速度相对应的电压，以便使电压对频率的比率恒定不变；“d”轴电流控制器，用于控制“d”轴电流以恒定地控制磁通；和第二运算器，用于运算电压发生器的输出电压、从感应电动机“d”轴电流控制器输出的电压、和“q”轴的分量的输出电压，并且生成”q”轴电压(Vqs)。5.如权利要求4所述的设备，其中“d”轴电流控制器包括：第一运算器，用于接收相应于感应电动机额定值的“d”轴分量的电流命令值和流过感应电动机的实际电流，并且获取误差；和第一比例积分电路，用于接收来自第一运算器的误差值并且生成与电流误差成比例的电压。6.如权利要求4所述的设备，其中“d”轴电流控制器通过控制电流来获取响应速度。7.如权利要求4所述的设备，其中”q”轴电压命令单元包括：电压发生器，用于接收同步速度并且提供预定的电压；和乘法器，用于将从“d”轴电流控制器输出的电压和从电压发生器输出的电压相乘。8.一种无传感器矢量控制方法，用于从使用者接收速度命令值并且控制感应电动机的速度，包括步骤：通过速度控制器接收依照使用者的输入的速度命令值...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗承昊，
申请(专利权)人：LG产电株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]