向量分析式双馈电动机微机控制系统技术方案

本发明专利技术属线绕式异步电动机交－交变频双馈调速领域。它因对主电动机转子电流的有功及无功分量分别控制而取得转速调节的高线性度和对电动机的功率因数或无功功率可按需调节，可自寻最高效率点或对三种方法作多种组合。它用特定的计算法以规定有关参数的变化过程，它有正弦波形成和用微机信号经功放以触发各可控硅的装置，它是全部由微机操作的系统。它因是否需要高速调节而分为＜普通型＞和＜高速型＞两个类型。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术属线绕式异步电动机交-交变频双馈调速领域。交-交变频双馈调速技术有不受电动机容量限制、能调节功率因数、能超同步转速运行、转子电流能形成正弦波、变频器容量小、效率高等优点。在只需于同步速附近调速的设备如风机、水泵、交流轧机…等处，具有较其他现代调速诸法更为优越的技术、经济指标。交-交变频的双馈调速技术中，也还存在有待改进之处，以本专利技术主要专利技术人为专利技术人的，专利申请号为86105697-3的《数控式交-交变频双馈电动机微机控制系统》就主要是为解决这类技术中转速调节的非线性问题而设，也为用微机技术取代模拟电路而设。本专利技术则是在采用那两方面的一些基本原理和方法后，以对转子电流的有功分量IZP和无功分量IZQ二者分别控制为主开发出来的，其中对IZP的控制用以取得转速调节的高线性度，对IZQ的控制则用以取得对功率因数或无功功率调节的自由;取得自动按最高效率点运行和取得对区域静、动态无功自动补偿的自由。在工艺上需要的地方，甚至可以将上述作用作多种组合。未见国内外沿这一途径探索的资料、报道。下面分节说明有关问题一、处理几个技术问题的原理说明1、轴转矩的控制轴转矩的基本表达式可简化为Mz∝I′ZCOSφ′Z（1）-->这是在极磁通量不变的条件下才能成立的，式（1）也与稳定磁场中的导体通电后受力的原理相同。双馈电动机的转子电流除受转子侧转差电势SE2的影响外还受幅值、相位均可调的变频电势的控制。这便是下面我们分析的主要内容。在式（1）中，将I12、φ′Z仍归算到转子侧来，便成：Mz∝IZCOSφZ＝Izp（2）计入极磁通量的影响则成Mz∝E2IZP（3）2、转子侧有功电流IZP无功电流IZQ的分别控制及用法将比例积分调节器作成的转速调节器的输出乘一系数作为IZP使用，则转矩与转速调节器输出成正比而保证了高线性度。现在从几个途径说明IZQ的控制法：a、要求机组（含主电动机及变频器，下同）的功率因数稳定为COSφɡ设此时机组的有功及无功功率实测值为Pf及Qf先将COSφɡ换算为tɡφɡ，则机组应产生无功功率Qɡ＝Pftɡφɡ（4）主电动机产生的无功功率为3IZQEZ，令此时主电动机的无功电流为IZQ、则调节后的无功电流应为IZQɡ＝（Qɡ-Qf）/3EZ+IZQ（5）式（5）中未计入IZ变化时来自变频器的无功电流变化，后者因变频器容量小，影响亦小，而且连续几次调节后就可消除误差，调节后图一中θ3将为θ3＝tɡ-1IZQɡ/IZP（6）b、要求机组的无功功率稳定为Qɡ式（4）中的Qɡ为给定值，此种调节法可从式（4）开始。-->c、要求机组总效率为最高点ηm机组中从IZQ的调节能够影响的内部损耗主要是铜耗，而总铜耗WT为：WT＝〔（Io-I′ZQ）2+I′ZP2〕r1+（I2ZP+I2ZQ）r2（7）令I′ZP＝K3IZPI′ZQ＝K3IZQ和dWT/dIZQ＝0（8）整理后得IZQ＝K3Ior1/（K23r1+r2）＝K2Io（9）故使IZQ经常保持为K2Io即能使机组运行于ηm点，考虑到Io本身还随定子侧电压而变，应予校正。d、要求对区域无功功率含量进行静、动态补偿式（5）中如果Qf是变化的，则补偿量也是变化的，且自然同时进行了静、动态补偿。问题在于机组的补偿能力是否能满足区域需要，对此，可以用比例调节器将需要量乘一可调的系数后再送入式（5）中去。e、对上述各种方法的选择与组合（1）如工艺要求以节能为主、则用ηm点法。（2）如工艺要求以调COSφ或调Qɡ为主则采用指定COSφɡ或指定Qɡ法。（3）更有意义的是，还可以用不同的方法把上述三种效果组合起来，例如：a、关于Qf的控制，设区域的平均无功功率为Qf，其中无功功率底数（无功功率波动中不甚频繁出现的最小无功功率量）为Q2则动态无功功率量为Q3＝Q1-Q2，用两个比例可调的比例调节器分别将Q1、Q3化为Q′1、Q′3，将Q′1+Q′3而成的Qf作为总反馈量。则可分别处理静、动态无功功率的调节量，又如，可以将无功功率量Q2在它平均值上、下大于指定量△Q2的部份才作为Qf使用、即规定一个允许波动-->范围。b、这个Qf仍以送到[8]原有计算过程处为好，因如送到Qɡ处将会是Qɡ、Qf都在急剧变动中，不利于调节。c、原有的COSφɡ、Qɡ和ηm的指定方式仍不变，于是我们便可在按需作静，动态无功补偿时仍能照顾三种指定方法之一的效益。一般地应是以选择ηm运行为主，再提高COSφɡ只是补偿区域无功功率，应是照这个要求的下限考虑，动态无功功率是控制区域电压波动，△Q2应是按允许量的上限考虑，这是又一方面的组合。只要掌握了有关参数，再交微机处理是容易的，总之组合处理无功功率含量的目标、方法都是灵活、多样的，加上微机技术的应用，使我们更易达到多种目的。3、变频电势E3及其对转子电势E2电角θ2的计算。从图一转子侧的向量关系中可得E2(sx2)2+r22---(10)]]>E＝IZEZ（11）θ5＝tɡ-1sx2/r2（12）θ4＝θ3+θ5（13）E3sinθ2＝Esinθ4（14）E3cosθ2＝Ecosθ4-SE2（15）E3＝Esinθ4/sinθ2（16）θ2＝tɡ-1Esinθ4/（ECOSQ4-SEZ）（17）式（17）中之θ2为计算值，即此次调节后将达到的θ2值，以下称为θZɡ。图一中θ2＜90°时，变频器运行于整流状态。如θ2＞90°即运行于逆变状态。此时各向量之关系改为图二，其中θ3、θ4、θ5之关系不变，θ2＞90°则式（17）之分母为负、θ2之正切值为负，式（15）～（17）三式仍成立。-->当主电动机运行于超同步时，转子侧向量如图三，它的SEZ为负，它的定子旋转磁场与转子绕组间的切割方向反转，故E滞后于IZ，θ5为负值，θ4＝θ3-|θ5|，如θ4为负，则θ2亦滞后于EZ，考虑到这些后，式（15）～（17）仍成立。当转速调节器输出为负时，表示需要电力制动，但对风机、水泵类负荷不需要电力制动来加快减速过程和收回那一点动能、因为准备制动条件将使变频器容量加大、使长期运行中损耗上升，取代的办法是让IZP为0，θ3为0，即电机不输出功率，让负荷转矩迫使其降速，当必须电力制动时，按前面的推导方式延伸下去，亦可找得解答。4、θ2的量测与控制图四示定，转子绕组一一对准时一个磁场半波内的磁场与绕组间的相对位置，令此时磁场与绕组间相位角差为∝，则E1、E2均与sin∝成正比，因此时两个绕组均在同一个磁场正弦波的同一磁位角下切割磁场，因此在此瞬间图一的全向量中定、转子向量间的电角关系才能成立，于是有以下的关系式：θU1t-θ1-180＝θE2t（18）θE3t-θEZt＝θE3t-θu1t+θ1+180＝θ2（19）θ2＝θE3t-θu1t+θ1+180（20）式（20）的θ2为测算得来的θ2的实际值，下称θZf式（20）中θu1t为定转子一一对准时测得的U1的电角、U1t为同时测得的U1瞬间电压，而U1的有效值为U1=U1tj2sinθult--[21]]]>从图一还可得：13＝I1Z1Z1＝Nx12+r21（22）12＝I1Z1sin（φ-4）（23）-->23＝I1Z1COS（φ-4）（24）θ1＝sin-112/U1（25）E1＝U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向量分析式双馈电动机微机控制系统，它的特微在於：（１）它有一个用比例积分调节器作成的转速调节器，将转速调节器的输出乘一系数作主电动机转子电流Ｉ↓［２］的有功分量Ｉ↓［２ｐ］的＜Ｉ↓［２ｐ］控制装置＞；（２）它有一个按工艺要求独立 控制主电动机转子电流Ｉ↓［２］的无功分量Ｉ↓［２Ｑ］的＜Ｉ↓［２Ｑ］控制装置’；（３）它有一个用Ｉ↓［２ｐ］、Ｉ↓［２Ｑ］转子转差电势ＳＥ↓［２］等参数计算出变频电势Ｅ↓［１］及其与Ｅ↓［２］间电角θ↓［２］的预期值θ↓［２］的＜Ｅ↓［ ３］、θ↓［２０］计算装置＞；（４）它有一个用循环数码、正弦函数存储器、乘法器、数据存储器等构成的，得出三个变频相以时钟脉冲量Ｍ↓［ｃ１－６］代表的各组可控硅触发角α、β信号的＜Ｅ↓［１］正弦波形成装置＞；（５）它有一个用Ｍ↓［ｃ１ －６］和三个电源相的以时钟脉冲量表示其电角变化信号的＜可控硅触发装置＞；（６）它有一钢用Ｉ↓［２ｐ］、Ｉ↓［２Ｑ］、定子励磁电源Ｉ↓［ｏ］、定、转子绕组一对准时测得的定子指定相的电压ｕ↓［１］ｔ、电角θ↓［０１］ｔ、Ｅ↓［１］的电角θ↓ ［Ｅ３］ｔ等以算出θ↓［２］的实际值θ↓［２ｆ］及Ｅ↓［２］的＜θ↓［２ｆ］、Ｅ↓［２］计算装置＞；（７）它有一个用θ↓［２ｏ］、θ↓［２ｆ］算出的θ↓［２］的调节量△θ↓［２］，并将它＜加＞入代表Ｅ↓［３］电压正弦波电角的循环数码瞬间 值θ↓［Ｅ３］ｔ中而完成调节过程的＜θ↓［２］调节装置＞；（８）它有一个测定、计算出转速反馈Ｎ↓［ｆ］、转差率Ｓ、ＳＥ↓［２］每度电角对应的时钟脉冲量Ｍ↓［３］、工频ｆ与实测频率ｆ１的比值ｋａ＝（ｆ／ｆ↓［１］等的＜参数计算装置＞；（９ ）它用微机技术完成上述每个装置的内部计算、外部联系和统一运转过程而成＜微机控制系统＞，这个系统，针对绝大多数不要求快速、高精度的风机、泵类负荷可以是一个＜普通型＞系统，而针对带冲击负荷或有对区域动态无功进行补偿要求的负荷，也可以是一个＜高速型＞系统。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种向量分析式双馈电动机微机控制系统，它的特微在於：(1)它有一个用比例积分调节器作成的转速调节器，将转速调节器的输出乘一系数作主电动机转子电流I2的有功分量I2p的<I2p控制装置>；(2)它有一个按工艺要求独立控制主电动机转子电流I2的无功分量I2Q的<I2Q控制装置>；(3)它有一个用I2p、I2Q转子转差电势SE2等参数计算出变频电势E1及其与E2间电角θ2的预期值θ2的<E3、计算装置>；(4)它有一个用循环数码、正弦函数存储器、乘法器、数据存储器等构成的，得出三个变频相以时钟脉冲量Mc1-6代表的各组可控硅触发角α、β信号的<E1正弦波形成装置>；(5)它有一个用Mc1-6和三个电源相的以时钟脉冲量表示其电角变化信号的<可控硅触发装置>；(6)它有一钢用I2p、I2Q、定子励磁电源Io、定、转子绕组一对准时测得的定子指定相的电压u1t、电角θ01t、E1的电角θE3t等以算出θ2的实际值θ2f及E2的<θ2f、E2计算装置>；(7)它有一个用θ2o、θ2f算出的θ2的调节量△θ2，并将它<加>入代表E3电压正弦波电角的循环数码瞬间值θE3t中而完成调节过程的<θ2调节装置>；(8)它...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂钜达，周佐生，吕少伟，黄迎庆，秦玉忠，李荣，董林，
申请(专利权)人：涂钜达，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]