确定感应电动机输出转矩的方法技术

一个交流感应电动机控制装置，包括确定电动机转矩的两种方法：当电动机速度低于某一预定速度时，使用为每一迭定电动机速度制订的转矩对应直流输入功率的表格，来确定转矩；而当电动机速度高于该预定速度时，则根据直流输入功率和换流器频率，进行各种功率损失的数学计算，从而求得电动机的转矩．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般来说，是关于以直流电源通过换流器驱动一个感应电动机时，确定电动机输出转矩的。人们知道，当以直流电源驱动感应电动机时，输给感应电动机的功率符合以下关系：输入功率＝直流电压×直流电流    （1）其中的直流电压和直流电流测量起来十分方便。电动机的输出功率等于其输入功率减去电动机驱动系统中全部功率损失，而电动机的输出转矩可以写成下式：输出转矩＝(输入功率-功率损失)/(换流器频率)（2）其中不包括转子损失。利用公式2，把一个输出转矩传感器装在电动机轴上以测量输出转矩，当已知输入功率，就能用实验方法测出电动机驱动装置的功率损失。但是，在很多种电动机应用中，并不希望在电动机轴上装一个转矩传感器测量输出转矩。另一种用以测定设备功率损失的先有技术，要求测知电动机的交-->流电压和交流电流。对于一个三相感应电动机，要求测知所有的三相电压和所有的三相电流。或者只测知两相的电压和两相的电流并根据这些已知参数导出第三相的电压和电流。但当电动机的变化的频率下运行时会出现问题。本专利技术提供一个确定交流电动机输出转矩的方法，使用已知的直流输入电压和直流输入电流。在此过程中，可以使用两种方法，或是通过查预先制订的转矩与转速关系表来确定电动机输出转矩。或是按照选定的电动机运行转速，运用电动机数学模型，以确定电动机的功率损失，然后定出电动机的输出转矩，而不去实际测量电动机的实际输出转矩，也不测量电动机交流电压或电动机交流电流。本专利技术的最佳实施方案将参看后面的附图用实例加以说明。图1表示先有技术中，用直流电源通过换流器，驱动一个三相交流电动机。图2表示另一先有技术中，用一个电动机推动车辆沿轨道运动。图3示意性表示本专利技术用以控制一个三相交流感应电动机的转矩反馈确定装置。图4A，4B，4C，4D表示一个流程图，用以确定图3中的转矩反馈，其方法是使用一个电动机传动装置的数学模型。图5A，5B，5C表示一个流程图，根据转矩转速关系表用以求出待确定的转矩反馈。图6是示意表示按照本专利技术，为控制感应电动机配备的换流器和制动装置。-->图7表示说明先有技术GTO（Gate    Turn    On控制门接通开关）接通时的电流信息。图8表示说明先有技术GTO断开时的电流信息。图1表示一种用在三相交流电动机转矩控制装置上的先有技术，其中包括一个直流电源10，给一个换流器12供电，化为三相交流电后供给交流电动机14，该电动机与一个负载16相连，该负载可以是一个运输车。一个转矩传感器18与交流电动机14的输出轴相连，用以测知输送给负载16的电动机输出转矩37。功率控制器26（也叫作车辆控制器）的输入信号是来自运输车司机的加速指令24和运输车的重量28，以及运输车车轮直径31。功率控制器26产生一个转矩指令30，以使交流电动机14产生所要求的转矩以使运输车16按照加速指令24规定的加速度进行加速，冲动限制器24收到转矩指令30并对其加以限制，以提供一个在冲动上受到限制的转矩指令22，并输给电动机控制器20。电动机控制器20产生GTO起动脉冲38给换流器12，以使转矩反馈信号37与在冲动上受限制的转矩指令22相配合。在图2中画有若干个在轨道17上行驶的运输车16。电源10通过一根第三轨道19和集电器21而与每辆车16上所载的换流器12相通。电动机14与车的主动轮相连以推动车辆16沿轨道17运动。转矩传感器18与电动机14相连，以提供转矩反馈信号37给电动机控制器20。在图3中画有一个适合本专利技术应用的电动机控制装置，用以控制一个三相交流电动机，例如一个推动载运大量旅客车辆的电动机，车辆司机能向功率控制器26提供车辆加速指令。该指令在权衡车重和-->车轮直径之后，就转换成一个转矩指令信号30，并传给一个信号限制器32以避免产生不合理的转矩指令。备有一个突冲限制器34，使其按照所希望的冲动率36产生在冲动上受到限制的转矩指令22，为的是不让乘客受到冲动，一个转矩反馈测定装置38对转矩反馈信号40进行核对，其方法是，根据电源10提供的直流电压43和直流电流44测量系统输入功率，还根据换流器频率48、合成方式50，以及与推进电动机14相连的一个转速计54提供的转速信号52，对电动机14的输出转矩进行估计。转矩反馈信号40通往一个求和器58的负值输入端，而在冲动上受限的转矩指令信号22则通往求和器58的正值输入端。信号40和信号22在求和器58中进行比较。比较结果所得的转矩误差信号60通往一个电动机控制器62。来自司机的车辆控制起动信号64能使推进电动机14转或不转。其他为测定转矩反馈信号所需的输入信号是直流线路电压43和换流器的合成模式50，电动机控制器62输出制动用闸流晶体管起动信号68，指令制动角70，指令换流器频率48和指令换流器电压百分数74，将这些信号都是给换流器和制动合成装置76的，该装置另外还有一个控制状态信号78作为其输入和输出信号，以向电动机控制器62和转矩反馈测定装置38提供合成模式信号50，当电动机14处于制动状态并同时受到变压器制动电路80供给的额外电压时，控制状态信号78就起作用，以保持合成模式处在六步方式中，并防止变到准六步方式或PWM（Pulse    Width    Modulation脉冲宽度调制）方式中去，换流器和制动合成装置76将换流器GTO起动脉冲82输给换流器12，将制动GTO起动脉冲86输给制动电路80，在动力推进和在制动中，换流器12都对电动机进行驱动，而当需要比基本转速运行更大的制动转矩时，-->就使制动电路80发挥其对电动机14的作用。在图4A、4B、4C和4D中，画有一个流程图，用以根据电动机14可提供的功率和电动机转速，以确定转矩反馈。若转速计频率52低于12赫兹，则用一个查表格，根据实验数据来确定电动机的转矩。若转速计频率在14.5赫兹以上，则认为电动机转矩是若干个可求功率损失的函数。这些功率损失包括定子损失，摩擦扇风损失，以及其他类似损失，计算中，用输入功率减去这些损失之和，再除以换流器频率，就得出电动机的输出转矩，如公式（2）所示。转子电流损失不包括在内。在12赫兹和14.5赫兹之间，可用上述同样计算法来计算电动机转矩，为的是有一个磁滞带供稳定控制之用。对有关图4A中的方框100，输入功率是以直流线电压乘以直流线电流来计算的。输入功率可正可负，取决于是否电动机正在再生制动或是正在从电力线上吸取电流。在方框102中，要判断出与速率表有关的转矩，在上一次是否曾被用来计算转矩。这些转矩查表表格已经数字化和经验化了，并作为输入功率和选定的速度增量的函数，把低于14.5赫兹的低速运行部分的函数存储在计算机中，因为在低速运行时，转矩和输入功率不是直线关系。当电动机运行在12赫兹以上时，计算功率损失的模式是令人满意的。由于这个缘故，方框102对之进行核查，以确定是否程序已经在用查表法。如果答复是肯定的，则在方框104中作一次核查，以确定是否转速计频率52大于14.5赫兹。如果方框102中答复是否定的，则在方框106中，作一次核查，以确定是否转速计频率52小于或等于12赫兹。如果方框104中的答案是否定的，或是在方框106中的答案是肯定的，则查表法程序就转移到方框108。如果方框-->104中的答案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定交流电动机输出转矩的方法，该交流电动机由一个受直流电源供电的换流器供给电能，确定转矩的步骤包括：根据电源输给电动机的直流电压和电流，确定该电动机的输入功率；用一个有输出频率的转速计，感测电动机的旋转速度；按照电动机的一个 数学模型，建立电动机速度与输出转矩的关系，当转速计频率大于第一个预定频率时，根据上述速度与转矩关系，确定电动机输出转矩；当转速计频率低于上述第一个预定频率时，利用预制的确定电动机转速和输出转矩关系的表格，以确定电动机的输出转矩。

【技术特征摘要】
US 1985-1-31 696,8321、一种确定交流电动机输出转矩的方法，该交流电动机由一个受直流电源供电的换流器供给电能，确定转矩的步骤包括：根据电源输给电动机的直流电压和电流，确定该电动机的输入功率；用一个有输出频率的转速计，感测电动机的旋转速度；按照电动机的一个数学模型，建立电动机速度与输出转矩的关系，当转速计频率大于第一个预定频率时，根据上述速度与转矩关系，确定电动机输出转矩；当转速计频率低于上述第一个预定频率时，利用预制的确定电动机转速和输出转矩关系的表格，以确定电动机的输出转矩。2、如权利要求1所述确定电动机输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈比布达德彼，戴维德约翰舍罗，拉兰格雷米勒，
申请(专利权)人：西屋电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]