确定异步电机再启动时转速的方法

摘要

本发明公开了一种确定异步电机再启动时电机转速的方法，该方法分为两步：一，通过变频器产生一个适当的电压矢量加在电机定子侧，在定子电流空间矢量定向坐标系下估算出电机转速粗略值；二，以第一步估算的电机转速作为初始转速，开始搜索电机真实转速，其中电流误差率函数为转速搜索的主要依据，该函数可由变频器输入侧电压矢量与电机输入侧电流矢量之间的夹角、电机模型中提取出的定子电流参考值和电机定子电流实际值计算出。本发明能在异步电机自由旋转时较准确地确定电机当前的转速，从而让异步电机直接以当前速度启动，所施方案无需速度传感器以及相关外围电路，物理意义清晰，易于实现且转速估算算法简单可靠。

主权项

1.一种确定异步电机再启动时电机转速的方法，其特征在于包括以下步骤：A.通过变频器产生一个适当的电压矢量加在电机定子侧，在定子电流定向坐标系下估算出电机转速粗略值；所述电压矢量的频率为额定频率或略高于额定频率，电压幅值小于或等于额定电压10%，电压幅值的选取原则上只要不让电机过电流即可，实际选取时在该原则下尽量取大比较好，这样利于测量和计算；B.以步骤A得到的电机转速作为初始转速，开始搜索电机真实转速，其中电流误差率函数ER(θ,I₁,I_m^*)为转速搜索的主要依据，该函数可由变频器输入侧电压矢量与电机输入侧电流矢量之间的夹角、电机模型中提取出的定子电流参考值和电机定子电流实际值计算出，θ为变频器输入侧电压矢量与电机输入侧电流矢量之间的夹角，I_m^*为定子电流参考值的幅值，I₁为电机定子电流幅值，该电流误差率函数能定量反映当前变频器输出频率与转子电频率之间大小关系，从而为通过闭环控制调节变频器输出频率，使之趋近于转子电频率提供依据；假设电机处于以下运行状态，转子以电气角频率ω_r自由旋转；为了估算该转速，让变频器发出电压幅值为U₁，频率为ω₁的电压矢量驱动电机，可以通过检测定子侧电流，计算出此时定子电流幅值为I₁，所述电流误差率函数ER(θ,I₁,I_m^*)为：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{ER}(\theta ,I_1,{I_m}^{*})=\mathrm{Sign}\left(e\right)\left|\frac{I_1-{I_m}^{*}}{{I_m}^{*}}\right|\\ I_1=\left|i_s\right|\end{array}\right.---\left(1\right)$所述电流误差率函数ER(θ,I₁,I_m^*)经PI控制器调节产生变频器输出频率，当I₁趋近于I_m^*时就意味着变频器所发频率趋近于转子电频率；假设转速估计值大于实际转子转速ω_r，则PI控制器的输入ER(θ,I₁,I_m^*)为负，控制器的调节作用会让转速估计值减小，使之趋近于转子真实转速，此时电流误差率函数ER(θ,I₁,I_m^*)也会趋近零，控制器的输出即转速估计值会保持并实时跟踪转子真实转速；反之亦然；公式（1）中，I₁为定子电流幅值；I_m^*为定子电流参考值的幅值，其大小按以下方法得到；i_s为定子电流矢量；当变频器驱动电机的电压的幅值为U₁，角频率为ω_r，且转子运行的电气角频率为ω_r，即转差频率为0时，有以下关系：${I_m}^{*}=\frac{U_1}{\sqrt{{R_s}^2+{({\omega }_r*L_s)}^2}}---\left(2\right)$公式（2）中，R_s为定子电阻，L_s为定子电感；I_m^*为定子电流参考值的幅值，它是一个理想情况下的参考值；I_m^*的含义是，当定子和转子的电气角频率都为ω_r时，定子电流矢量幅值；从物理意义上看，该电流只含有励磁分量而不含转矩分量；如果频率较高，采用下式近似计算：${I_m}^{*}=\frac{{\omega }_m*U_1}{{\omega }_r*U_m}---\left(3\right),$式中：U_m为额定电压幅值，ω_m为额定角频率。