CN101789747B - 一种异步电动机测速控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种异步电动机测速控制方法及其装置，采用控制器控制功率变换器输出三相低频对称交流电压uu，uv，uw，并在U相电压中施加一个高频励磁电压uuH；功率变换器与异步电动机定子绕组的V相和W相之间分别串连有电流互感器，两个电流互感器的输出端分别与信号减法器连接，信号减法器的输出端与信号滤波器和系统控制器顺序连接，系统控制器上还连接有速度给定信号装置和电机转速显示器，系统控制器通过接收信号滤波器过滤后的信号，依据速度信号给定装置对功率变换器进行时实控制，实现对被测异步电机转速的控制。与现有技术相比，无需速度传感器，测试方法简单，系统可靠性高，响应快，低速动态响应特性好，速度控制精度高，具有良好的应用前景。

Description

一种异步电动机测速控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种异步电动机测速控制方法及其装置，尤其适用于对笼型和绕线式异步电动机的转速检测及其控制。
背景技术
在高性能的异步电动机矢量控制系统中，速度的闭环控制环节一般是必不可少的；公知的异步电动机测速方法有两种：一种是采用光电码盘、测速发电机等机械速度传感器来进行电机速度检测，并反馈转速信号，从而得到电机转速数据的基于速度传感器的测速装置；但是机械速度传感器存在安装问题，并且增加了系统的维护工作量。第二种是利用检测电机定子电压、电流等物理量进行速度估计以取代速度传感器的无速度传感器的测速装置；该系统虽然解决了机械速度传感器带来的问题，降低了系统成本，但是目前的速度估算方法对电机参数的依赖性强，而且计算和控制比有传感器系统复杂，响应慢，低速动态响应特性差。因此，急需一种良好的速度测量方法和相应的控制装置来提高异步机拖动控制系统的可靠性和准确性。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种响应速度快，简单可靠且精度高的异步电动机测速控制方法及其装置。
本发明的异步电动机测速控制方法：
a.采用控制器控制功率变换器输出三相低频对称交流电压uu，uv，uw，为异步电动机定子绕组的U相、V相和W相供电；同时在U相电压中施加一个高频励磁电压uuH，并使该信号的频率和幅值大小维持恒定不变；
b.采用电流互感器检测定子绕组的V相与W相上的电流信号，将检测到的两个电流信号送入信号减法器中进行减法计算，再将该信号经信号滤波器进行处理，得到被测异步电动机的转速信号；
c.系统控制器接收从信号滤波器传来的转速反馈信号，将其与来自速度信号给定装置的信号进行比较后发出控制信号；
d.功率变换器依据系统控制器所发出的控制信号改变其输出电压，即可快速实现对被测异步电机转速的准确控制。
本发明的异步电动机测速控制装置，它包括包括接线柜，接线柜内设有系统控制器，与系统控制器相连的功率变换器，功率变换器通过电源开关与三相交流输入电源相连接，功率变换器直接与异步电动机定子绕组的U相、V相和W相连，输出三相低频对称交流电压uu，uv，uw，并在U相电压中施加一个高频励磁电压uuH；功率变换器与异步电动机定子绕组的V相和W相之间分别串连有两个电流互感器，两个电流互感器的输出端分别与信号减法器连接，信号减法器的输出端与信号滤波器和系统控制器顺序连接，系统控制器上还连接有速度信号给定装置和电机转速显示器。
本发明的有益效果：利用异步机本身的机械结构和其中的电磁关系，在异步电动机定子绕组上施加一个稳定的高频励磁信号，通过电流互感器检测定子绕组V相与W相上的电流信号，经信号减法器运算，再经信号滤波器处理，即可得到被测异步电动机的转速信号，系统控制器接受从信号滤波器传来的转速反馈信号，将其与给定的信号进行比较后发出控制信号，功率变换器依据系统控制器发出的控制信号改变其输出电压，即可快速实现对被测异步电机转速的准确控制，适用于对笼型和绕线式异步电动机的转速检测及其控制，与现有技术相比，省略了速度传感器，增强了系统的可靠性，响应快，低速动态响应特性好，速度控制精度高，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的测速控制装置结构图
图2是本发明的异步电动机测速控制原理图；
图3是本发明的异步电动机测速控制装置工作原理图。
图中：1、三相交流输入电源；2、电源开关；3、速度信号给定装置；4、三相功率变换器；5、系统控制器；6、电流互感器；7、电流互感器；8、信号减法器；9、信号滤波器；10、电动机转速显示器；11、定子绕组；12、异步电动机定子；13、异步电动机转子导体；14、异步电动机转子；接线柜、A。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的异步电动机测速控制方法：采用控制器5控制功率变换器4输出三相低频对称交流电压uu，uv，uw，功率变换器4在输出三相对称低频交流电压的同时，在u相电压中叠加一个高频电压uuH，功率变换器4连接在被测异步电动机上，通过连接在三相功率变换器4上的电流互感器6、7检测定子绕组V相与W相上的电流信号，将检测到的两个电流信号送入信号减法器8中进行减法计算，再经信号滤波器9进行处理，即可得到被测异步电动机的转速信号；将该信号送至系统控制器5，系统控制器5采用DSP控制器，系统控制器5通过信号滤波器9连接至信号减法器8，系统控制器5接受从信号滤波器9传来的转速反馈信号，并通过电机转速显示器10显示，将其与来自速度信号给定装置3的信号进行比较后发出控制信号；功率变换器4与系统控制器5相连接，功率变换器4依据系统控制器5所发出的控制信号改变其输出电压，即可快速实现对被测异步电机转速的准确控制。
工作原理：设定异步电动机定子绕组11的U相为空间d轴，与其垂直的轴为q轴；当异步电动机定子绕组11的U相加高频励磁信号时，会在d轴产生高频脉振磁场。
当异步电动机转子14静止时，空间d轴高频脉振磁场会在异步电动机定子12的三相绕组和转子绕组会感应高频变压器电势，转子电流也会产生转子磁场振磁场，其幅值也在d轴上。此时高频磁场无q轴分量，异步电动机定子绕组11的V相和W相感应高频电势大小相等并且相位相同。此时异步电动机定子绕组11的V相和W相输出的高频线电势EvwH为零，定子V相和W相绕组间的高频环流IvwH也等于零。
当异步电动机转子14旋转时，异步电动机转子导体13切割d轴高频脉振磁场产生切割高频电势，其大小与转速n成正比。该电势形成的转子电流，会产生q轴分量的高频脉振磁场，其大小与转速n成正比。该q轴高频脉振磁场在异步电动机定子绕组11的V相和W相感应高频电势大小相等且与转子速度成正比，相位相反，即：
E VqH = k e n E WqH = - k e n - - - ( 1 )
d轴高频脉振磁场在异步电动机定子绕组11的V相和W相感应高频电势大小相等并且相位相同，即：EVdH＝EWdH。异步电动机定子绕组11的V相和W相产生的高频线电势EVW为：
EVWH＝EVqH-EWqH+EVdH-EWdH＝2ken＝k·n(2)
可见，高频线电势EVW与电机转速n成正比。异步电动机定子绕组11的V相和W相间的高频环流IvwH也与转速n成正比，即IvwH＝kI×n。因此，通过检测异步电动机定子绕组11的V相和W相间的高频环流IvwH和高频线电势EVW就可以准确测出转子的速度。
相对高频电压信号而言，三相低频电压源uu，uv，uw相当于短路。因此，对于电压型功率变换器4需要通过检测异步电动机定子绕组11的V相和W相间的高频环流IvwH来测量转子速度。
功率变换器4将测出的速度信号反馈给控制器5，构成异步电动机的速度闭环控制系统，可对异步电动机拖动系统的速度进行准确控制。
本发明的异步电动机测速控制装置，包括接线柜A，接线柜A内集中装有三相交流输入电源1，电源开关2，速度信号给定装置3，三相功率变换器4，系统控制器5，电流互感器6、7，信号减法器8、信号滤波器9和电动机转速显示器10，系统控制器5连接功率变换器4，功率变换器4通过电源开关2与三相交流输入电源1相连接，功率变换器4直接与异步电动机定子绕组11的U相、V相和W相连，输出三相低频对称交流电压uu，uv，uw，并在U相电压中施加一个高频励磁电压uuH；功率变换器4与异步电动机定子绕组11的V相和W相之间分别串连有电流互感器6、7，两个电流互感器6、7的输出端分别连接信号减法器8，信号减法器8的输出端与信号滤波器9和系统控制器5顺序连接，系统控制器5上分连接有速度信号给定装置3和电机转速显示器10，系统控制器5通过接收信号滤波器9过滤后的信号，并依据速度信号给定装置3的信号对功率变换器4进行时实控制。

Claims (3)

1.一种异步电动机测速控制方法，其特征在于：
a.采用系统控制器(5)控制功率变换器(4)输出三相低频对称交流电压uu，uv，uw，为异步电动机定子绕组(11)的U相、V相和W相供电；同时在U相电压中施加一个高频励磁电压uuH，并使该高频励磁电压uuH信号的频率和幅值大小维持恒定不变；
b.采用电流互感器(6、7)检测定子绕组(11)的V相与W相上的电流信号，将检测到的两个电流信号送入信号减法器(8)中进行减法计算，再将信号减法器的输出信号经信号滤波器(9)进行处理，得到被测异步电动机的转速反馈信号；
c.系统控制器(5)接收从信号滤波器(9)传来的转速反馈信号，将其与来自速度信号给定装置(3)的信号进行比较后发出控制信号；
d.功率变换器(4)依据系统控制器(5)所发出的控制信号改变其输出电压，即可快速实现对被测异步电动机转速的准确控制。
2.根据权利要求1所述的异步电动机测速控制方法，其特征在于：所述异步电动机定子绕组(11)的V相和W相绕组间的高频线电势信号和高频环流信号与转速n成正比。
3.一种实现权利要求1所述方法的异步电动机测速控制装置，其特征在于：它包括接线柜(A)，接线柜(A)内设有系统控制器(5)，与系统控制器(5)相连的功率变换器(4)，功率变换器(4)通过电源开关(2)与三相交流输入电源(1)相连接，功率变换器(4)直接与异步电动机定子绕组(11)的U相、V相和W相连，输出三相低频对称交流电压uu，uv，uw，并在U相电压中施加一个高频励磁电压uuH；功率变换器(4)与异步电动机定子绕组(11)的V相和W相之间分别串连有第一、第二电流互感器(6、7)，两个电流互感器(6、7)的输出端分别与信号减法器(8)连接，信号减法器(8)的输出端与信号滤波器(9)和系统控制器(5)顺序连接，系统控制器(5)上还连接有速度信号给定装置(3)和电机转速显示器(10)。
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