一種異步電動機測速控制方法及其裝置的製作方法

2023-06-10 12:15:51 2

專利名稱：一種異步電動機測速控制方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及種異步電動機測速控制方法及其裝置，尤其適用於對籠型和繞線式異
步電動機的轉速檢測及其控制。
背景技術：
在高性能的異步電動機矢量控制系統中，速度的閉環控制環節般是必不可少的； 公知的異步電動機測速方法有兩種一種是採用光電碼盤、測速發電機等機械速度傳感器 來進行電機速度檢測，並反饋轉速信號，從而得到電機轉速數據的基於速度傳感器的測速 裝置；但是機械速度傳感器存在安裝問題，並且增加了系統的維護工作量。第二種是利用檢 測電機定子電壓、電流等物理量進行速度估計以取代速度傳感器的無速度傳感器的測速裝 置；該系統雖然解決了機械速度傳感器帶來的問題，降低了系統成本，但是目前的速度估算 方法對電機參數的依賴性強，而且計算和控制比有傳感器系統複雜，響應慢，低速動態響應 特性差。因此，急需一種良好的速度測量方法和相應的控制裝置來提高異步機拖動控制系 統的可靠性和準確性。

發明內容
本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種響應速度快，簡單可靠且 精度高的異步電動機測速控制方法及其裝置。
本發明的異步電動機測速控制方法 a.採用控制器控制功率變換器輸出三相低頻對稱交流電壓uu， uv， uw，為異步電動 機定子繞組的U相、V相和W相供電；同時在U相電壓中施加一個高頻勵磁電壓UuH，並使該 信號的頻率和幅值大小維持恆定不變； b.採用電流互感器檢測定子繞組的V相與W相上的電流信號，將檢測到的兩個電 流信號送入信號減法器中進行減法計算，再將該信號經信號濾波器進行處理，得到被測異 步電動機的轉速信號； c.系統控制器接收從信號濾波器傳來的轉速反饋信號，將其與來自速度信號給定 裝置的信號進行比較後發出控制信號； d.功率變換器依據系統控制器所發出的控制信號改變其輸出電壓，即可快速實現 對被測異步電機轉速的準確控制。 本發明的異步電動機測速控制裝置，它包括包括接線櫃，接線櫃內設有系統控制 器，與系統控制器相連的功率變換器，功率變換器通過電源開關與三相交流輸入電源相連 接，功率變換器直接與異步電動機定子繞組的U相、V相和W相連，輸出三相低頻對稱交流 電壓uu， uv， uw，並在U相電壓中施加一個高頻勵磁電壓UuH ;功率變換器與異步電動機定子 繞組的V相和W相之間分別串連有兩個電流互感器，兩個電流互感器的輸出端分別與信號 減法器連接，信號減法器的輸出端與信號濾波器和系統控制器順序連接，系統控制器上還 連接有速度信號給定裝置和電機轉速顯示器。
本發明的有益效果利用異步機本身的機械結構和其中的電磁關係，在異步電動 機定子繞組上施加一個穩定的高頻勵磁信號，通過電流互感器檢測定子繞組V相與W相上 的電流信號，經信號減法器運算，再經信號濾波器處理，即可得到被測異步電動機的轉速信 號，系統控制器接受從信號濾波器傳來的轉速反饋信號，將其與給定的信號進行比較後發 出控制信號，功率變換器依據系統控制器發出的控制信號改變其輸出電壓，即可快速實現 對被測異步電機轉速的準確控制，適用於對籠型和繞線式異步電動機的轉速檢測及其控 制，與現有技術相比，省略了速度傳感器，增強了系統的可靠性，響應快，低速動態響應特性 好，速度控制精度高，具有良好的應用前景。


圖1是本發明的測速控制裝置結構圖 圖2是本發明的異步電動機測速控制原理圖； 圖3是本發明的異步電動機測速控制裝置工作原理圖。 圖中1、三相交流輸入電源；2、電源開關；3、速度信號給定裝置；4、三相功率變換 器；5、系統控制器；6、電流互感器；7、電流互感器；8、信號減法器；9、信號濾波器；10、電動 機轉速顯示器；11、定子繞組；12、異步電動機定子；13、異步電動機轉子導體；14、異步電動 機轉子；接線櫃、A。
具體實施例方式
下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的描述 本發明的異步電動機測速控制方法採用控制器5控制功率變換器4輸出三相低 頻對稱交流電壓uu， uv， uw，功率變換器4在輸出三相對稱低頻交流電壓的同時，在u相電壓 中疊加一個高頻電壓u,功率變換器4連接在被測異步電動機上，通過連接在三相功率變 換器4上的電流互感器6、7檢測定子繞組V相與W相上的電流信號，將檢測到的兩個電流 信號送入信號減法器8中進行減法計算，再經信號濾波器9進行處理，即可得到被測異步電 動機的轉速信號；將該信號送至系統控制器5，系統控制器5採用DSP控制器，系統控制器 5通過信號濾波器9連接至信號減法器8，系統控制器5接受從信號濾波器9傳來的轉速反 饋信號，並通過電機轉速顯示器10顯示，將其與來自速度信號給定裝置3的信號進行比較 後發出控制信號；功率變換器4與系統控制器5相連接，功率變換器4依據系統控制器5所 發出的控制信號改變其輸出電壓，即可快速實現對被測異步電機轉速的準確控制。
工作原理設定異步電動機定子繞組11的U相為空間d軸，與其垂直的軸為q軸； 當異步電動機定子繞組11的U相加高頻勵磁信號時，會在d軸產生高頻脈振磁場。
當異步電動機轉子14靜止時，空間d軸高頻脈振磁場會在異步電動機定子12的 三相繞組和轉子繞組會感應高頻變壓器電勢，轉子電流也會產生轉子磁場振磁場，其幅值 也在d軸上。此時高頻磁場無q軸分量，異步電動機定子繞組11的V相和W相感應高頻電 勢大小相等並且相位相同。此時異步電動機定子繞組ll的V相和W相輸出的高頻線電勢 E H為零，定子V相和W相繞組間的高頻環流I H也等於零。 當異步電動機轉子14旋轉時，異步電動機轉子導體13切割d軸高頻脈振磁場產 生切割高頻電勢，其大小與轉速n成正比。該電勢形成的轉子電流，會產生q軸分量的高頻
4脈振磁場，其大小與轉速n成正比。該q軸高頻脈振磁場在異步電動機定子繞組11的V相
和W相感應高頻電勢大小相等且與轉子速度成正比，相位相反，即 d軸高頻脈振磁場在異步電動機定子繞組11的V相和W相感應高頻電勢大小相 等並且相位相同，即EvdH = EwdH。異步電動機定子繞組11的V相和W相產生的高頻線電勢 : E麗=EVqH-EWqH+EvdH-Em = 2ken = k n (2) 可見，高頻線電勢Evw與電機轉速n成正比。異步電動機定子繞組11的V相和W 相間的高頻環流1^也與轉速n成正比，即IvwH = 、Xn。因此，通過檢測異步電動機定子 繞組11的V相和W相間的高頻環流IvwH和高頻線電勢Evw就可以準確測出轉子的速度。
相對高頻電壓信號而言，三相低頻電壓源Uu，Uv，人相當於短路。因此，對於電壓型 功率變換器4需要通過檢測異步電動機定子繞組11的V相和W相間的高頻環流IvwH來測 量轉子速度。 功率變換器4將測出的速度信號反饋給控制器5，構成異步電動機的速度閉環控 制系統，可對異步電動機拖動系統的速度進行準確控制。 本發明的異步電動機測速控制裝置，包括接線櫃A，接線櫃A內集中裝有三相交流 輸入電源1 ，電源開關2，速度信號給定裝置3，三相功率變換器4，系統控制器5，電流互感器 6、7，信號減法器8、信號濾波器9和電動機轉速顯示器10，系統控制器5連接功率變換器4， 功率變換器4通過電源開關2與三相交流輸入電源1相連接，功率變換器4直接與異步電 動機定子繞組11的U相、V相和W相連，輸出三相低頻對稱交流電壓uu， uv， uw，並在U相電 壓中施加一個高頻勵磁電壓;功率變換器4與異步電動機定子繞組11的V相和W相之 間分別串連有電流互感器6、7，兩個電流互感器6、7的輸出端分別連接信號減法器8，信號 減法器8的輸出端與信號濾波器9和系統控制器5順序連接，系統控制器5上分連接有速 度信號給定裝置3和電機轉速顯示器IO，系統控制器5通過接收信號濾波器9過濾後的信 號，並依據速度信號給定裝置3的信號對功率變換器4進行時實控制。
權利要求
一種異步電動機測速控制方法，其特徵在於a.採用控制器(5)控制功率變換器(4)輸出三相低頻對稱交流電壓uu，uv，uw，為異步電動機定子繞組(11)的U相、V相和W相供電；同時在U相電壓中施加一個高頻勵磁電壓uuH，並使該信號的頻率和幅值大小維持恆定不變；b.採用電流互感器(6、7)檢測定子繞組(11)的V相與W相上的電流信號，將檢測到的兩個電流信號送入信號減法器(8)中進行減法計算，再將該信號經信號濾波器(9)進行處理，得到被測異步電動機的轉速信號；c.系統控制器(5)接收從信號濾波器(9)傳來的轉速反饋信號，將其與來自速度信號給定裝置(3)的信號進行比較後發出控制信號；d.功率變換器(4)依據系統控制器(5)所發出的控制信號改變其輸出電壓，即可快速實現對被測異步電機轉速的準確控制。
2. 根據權利要求1所述的異步電動機測速控制方法，其特徵在於所述異步電動機定 子繞組(11)的V相和W相繞組間的高頻線電勢信號和高頻環流信號與轉速n成正比。
3. —種如權利要求1所述方法的異步電動機測速控制裝置，其特徵在於它包括接線 櫃(A)，接線櫃(A)內設有系統控制器(5)，與系統控制器(5)相連的功率變換器(4)，功率 變換器(4)通過電源開關(2)與三相交流輸入電源(1)相連接，功率變換器(4)直接與異 步電動機定子繞組(11)的U相、V相和W相連，輸出三相低頻對稱交流電壓Uu，Uv，iv並在 U相電壓中施加一個高頻勵磁電壓i^;功率變換器(4)與異步電動機定子繞組(11)的V相 和W相之間分別串連有兩個電流互感器(6、7)，兩個電流互感器(6、7)的輸出端分別與信號 減法器(8)連接，信號減法器(8)的輸出端與信號濾波器(9)和系統控制器(5)順序連接， 系統控制器(5)上還連接有速度信號給定裝置(3)和電機轉速顯示器(10)。
全文摘要
一種異步電動機測速控制方法及其裝置，採用控制器控制功率變換器輸出三相低頻對稱交流電壓uu，uv，uw，並在U相電壓中施加一個高頻勵磁電壓uuH；功率變換器與異步電動機定子繞組的V相和W相之間分別串連有電流互感器，兩個電流互感器的輸出端分別與信號減法器連接，信號減法器的輸出端與信號濾波器和系統控制器順序連接，系統控制器上還連接有速度給定信號裝置和電機轉速顯示器，系統控制器通過接收信號濾波器過濾後的信號，依據速度信號給定裝置對功率變換器進行時實控制，實現對被測異步電機轉速的控制。與現有技術相比，無需速度傳感器，測試方法簡單，系統可靠性高，響應快，低速動態響應特性好，速度控制精度高，具有良好的應用前景。
文檔編號H02P21/14GK101789747SQ20091002551
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月23日 優先權日2009年1月23日
發明者王抗, 王磊, 譚國俊, 鄧先明, 魚瑞文 申請人:中國礦業大學;徐州中礦大傳動與自動化有限公司