CN103490702A - 电机带负载弱磁运行时控制速度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机带负载弱磁运行时控制速度的系统及方法，方法为S₁、选取目标变量；S₂、判断目标变量是否大于第一阈值，若是，执行S₃，若否，执行S₆；S₃、控制第一计数器将计数值加1；S₄、判断计数值是否等于第三阈值，若是，执行S₅，若否，返回S₂；S₅、减小转子角速度，结束流程；S₆、控制第一计数器将计数值清零；S₇、判断目标变量是否小于第二阈值，若是，S₈、控制第二计数器将计数值加1，然后执行S₁₀，若否，控制第二计数器将计数值清零，并返回S₂；S₁₀、判断计数值是否等于第四阈值，若是，增大转子角速度，若否，返回S₇。本发明预防并解决了电机在弱磁运行时会发生失速故障的问题。

Description

电机带负载弱磁运行时控制速度的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电机带负载弱磁运行时控制速度的系统及方法，特别是涉及一种能够在检测出电机带过重的负载时自动降低电机速度从而预防电机失速的电机带负载弱磁运行时控制速度的系统以及一种利用所述系统实现的电机带负载弱磁运行时控制速度的方法。

背景技术

如图1示出了现有技术中异步电动机在弱磁区运行时的系统控制框图，在本领域中电机在所述弱磁区一般都是恒功率运行，即基本上功率是不变的。如图1所示，在现有技术中对于电机弱磁运行时的控制主要包括弱磁控制、速度调节以及电流控制，其中弱磁控制为电压给定u_s ^*与电压反馈u_s经过电压PI调节器（具有比例调节和积分调节作用的调节器）的作用后输出电机的励磁电流改变量Δi_d，Δi_d与电机的励磁电流原始给定量i_dref的和作为电流控制中的电机的定子电流直轴分量i_d ^*。而其中的速度控制和电流控制构成双闭环矢量控制，w_r ^*、i_d ^*与i_q ^*分别为电机的转子角速度、电机的定子电流直轴分量与交轴分量的给定值，w_r、i_d与i_q分别为电机的转子角速度、电机的定子电流直轴分量与交轴分量的反馈值，u_d、u_q分别为电机的定子电压直轴分量与交轴分量。

电机在弱磁运行时，电机的定子电压幅值保持不变，电机的反电动势E_g、磁链Ψ_r与频率f_s的关系公式如下：

E_g＝NΨ_rf_s，其中N为常数。

反电动势E_g与电机电压u_s的关系公式如下：

u_s＝R_si_s+E_g，其中R_s为电机的定子电阻，其阻值通常很小，电机高速运行时反电动势E_g比电机的定子电阻压降R_si_s（R_S为定子电阻，i_s为定子电压，二者乘积R_si_s为定子电阻上的电压，通常表述为定子电阻压降）大很多，所以定子电阻压降可以忽略不计，此时电机电压约等于反电动势。

电机转子磁链方程如下：

${\mathrm{\Ψ}}_r=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_{r}s+1}{L}_m{i}_d;$

其中τ_r为电机转子时间常数，L_m为电机定子与转子互感，i_d为电机的定子电流直轴分量的反馈值（即电机的励磁电流）。可见电机磁链与励磁电流成正比，通过弱磁控制单元减小励磁电流给定i_d ^*从而减小电机磁链Ψ_r，达到速度升高的目的。

而电机的功率P、电磁转矩T_e及电机的转子角速度w_r的关系公式如下：

P＝w_rT_e；

其中电机在弱磁区运行时通过弱磁控制可以保持电机输出功率P不变，随着电机的转子角速度w_r的升高，电磁转矩T_e会减小，导致电机的带负载能力越来越差，如果此时负载过重，极有可能导致电机带不动负载，进而导致电机发生失速故障。

因此，电机在弱磁运行时极有可能因为带负载过重而导致电机失速，而目前对于这种情况下电机发生失速故障还没有很好的解决办法，在现有技术中的处理方式都是在电机失速时停止电机系统的运行，这固然能够解决失速问题，但是会直接停止电机的运行，影响到正常的工作和生产。

所以，在现有技术中对于电机在弱磁运行时会发生失速故障还没有很好的预防和解决办法。主要因为在弱磁运行时电机带负载能力下降，人们普遍认为想要在弱磁区高速运行，就需要选用更大型号的电机和变频器。虽然成本会增加，但会解决电机带不动负载的情况。目前专门针对电机弱磁运行时预防失速的控制方案不多，大部分都是采用过电流报故障的形式，即当电流过大一段时间之后直接报过流故障停车。

而弱磁运行时电机转速很高，都在电机额定转速以上，甚至2倍于电机额定转速，若此时电机失控就会非常危险。目前主要是根据电机电流进行判断，当电机电流大于保护电流时，直接报电流过大故障，并停机。由于过载时需要停机，电机转速很高，停一次机需要很长时间，影响生产，并且在很多生产场合停机是不被允许的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电机在弱磁运行时极有可能因为带负载过重而导致电机发生失速故障，并且没有很好的预防和解决办法的缺陷，提供一种能够在检测出电机带过重的负载时自动降低电机速度从而预防电机失速的电机带负载弱磁运行时控制速度的系统以及一种利用所述系统实现的电机带负载弱磁运行时控制速度的方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种电机带负载弱磁运行时控制速度的方法，其特点在于，所述方法包括以下步骤：

S₁、选取一与所述电机的电磁转矩呈正相关的电机的参数变量作为目标变量；

S₂、判断所述目标变量是否大于一第一阈值，若是，则执行步骤S₃，若否，则执行步骤S₆；

S₃、控制一初始计数值为零的第一计数器将计数值加1；

S₄、判断所述第一计数器的计数值是否等于一第三阈值，若是，则执行步骤S₅，若否，则返回步骤S₂；

S₅、减小所述电机的转子角速度，然后结束流程；

S₆、控制所述第一计数器将计数值清零；

S₇、判断是否所述目标变量小于一第二阈值且所述转子角速度的改变量小于零，若是，则执行步骤S₈，若否，则执行步骤S₉；

S₈、控制一初始计数值为零的第二计数器将计数值加1，然后执行步骤S₁₀；

S₉、控制所述第二计数器将计数值清零，并返回步骤S₂；

S₁₀、判断所述第二计数器的计数值是否等于一第四阈值，若是，则执行步骤S₁₁，若否，则返回步骤S₇；

S₁₁、增大所述转子角速度。

其中，在步骤S₁中选取的所述目标变量可以通过公式或原理推算得出，而电机的电磁转矩则是与电机所带的负载转矩基本相当的。因此，在本发明中会通过对电机的电磁转矩的检测来实现检测电机所带的负载是否过重，而对电机的电磁转矩的检测则会转化为对所述目标变量进行检测。

因此，在步骤S₂中会判断所述目标变量是否大于一第一阈值，其中所述第一阈值可以根据实际情况进行设置，对于不同的电机系统以及不同的目标变量，所述第一阈值可以进行不同的设置。

当所述目标变量大于所述第一阈值时，考虑到目标变量与电磁转矩之间是呈正相关的，因此，就表明电磁转矩超过了一定的阈值，又加上电磁转矩与负载的重量是相当的，所以此时就判断出电机所带的负载过重。

之后在步骤S₃中会控制所述第一计数器将计数值加1，并判断计数值是否等于所述第三阈值。同样，所述第三阈值也可以根据实际情况进行设置，例如可以取值为1、2等。

当第三阈值取值为1时，就表明在第一次检测出负载过重后就执行步骤S₅来减小所述转子角速度，而当取值为2时，则表明需要连续两次检测出负载过重后再执行步骤S₅，其余取值情况原理相同，以此类推。并且，当所述第三阈值取值为2或2以上时，还可以有效避免因为偶然的干扰所引起的误判断，大大提高了判断的精确性。

在步骤S₅中会减小所述电机的转子角速度，根据上述电机的功率、电磁转矩及电机的转子角速度之间的关系公式，在电机功率保持不变的情况下，转子角速度越小，则电磁转矩越大。

所以本发明能够在检测出负载过重后，自动减小电机的转子角速度，从而增大了电机的电磁转矩，进而提高了电机的带负载能力，从而能够有效地预防并解决电机在弱磁运行时会发生失速故障的问题。并且，在本发明中不会停止电机的运行，从而保持了正常的工作和生产，同时本发明还能够保持电机的正常运行，防止了电机系统的机械结构的损坏，对电机进行了很好的保护。

同样，本发明在所述电机的转子角速度减小之后，还能够判断电机所带的负载有没有减少，即在步骤S₇中判断所述目标变量是否小于所述第二阈值同时所述转子角速度的改变量是否小于零，若同时小于则说明负载很轻，此时在步骤S₈中会控制所述第二计数器将计数值加1，并判断计数值是否等于所述第四阈值。同样，与所述第一阈值和第三阈值类似，此处的第二阈值和第四阈值也是可以根据实际情况设置的，在此就不再赘述。优选地，所述第一阈值大于所述第二阈值。

在计数值达到所述第四阈值时，就说明了负载重量确实已经很轻，此时执行步骤S₁₁就会增大所述电机的转子角速度。并且由于负载重量很轻，也不必担心增大转子角速度后电磁转矩变小而出现带不动负载的情况出现。从而本发明还能够实现在检测出负载重量变轻时对电机的速度进行自动回复的功能，实现了更加智能化地控制电机的速度。

较佳地，步骤S₅中还控制所述第一计数器将计数值清零，并返回步骤S₂，和/或步骤S₁₁中还控制所述第二计数器将计数值清零，并返回步骤S₇。

在步骤S₅中减小所述转子角速度后，可能电机的速度没有减小很多，导致电机的电磁转矩依然不能够带动负载，此时就返回步骤S₂继续进行判断，从而继续执行上述的方法流程，以使得电机的电磁转矩能够满足带动负载的要求，保证电机不会发生失速故障。

而在返回步骤S₂之前，还控制所述第一计数器将计数值清零，从而使得整个流程重新开始运行，进而重新进行判断和控制。

同样，在步骤S₁₁中增大所述转子角速度后，也可以返回步骤S₇重新进行判断，使得增大转子角速度的流程也可以循环执行。

较佳地，所述转子角速度根据以下公式计算得出：

w_r＝w_ref+Δw_k；

其中w_r为所述转子角速度，w_ref为所述电机的原始给定速度，Δw_k小于或等于0；

Δw_k根据以下公式计算得出：

其中k为正整数，且Δw₀＝0，x、x₁和x₂分别表示所述目标变量、所述第一阈值和所述第二阈值，R₁、R₂均为正数；

当x>x₁时，Δw_k为第k次判断出所述第一计数器的计数值等于所述第三阈值时所述转子角速度的改变量；

当x<x₂时，Δw_k为第k次判断出所述第二计数器的计数值等于所述第四阈值时所述转子角速度的改变量。

本发明可以通过调节所述转子角速度的改变量Δw_k来增大或减小转子角速度，而对于目标变量大于所述第一阈值和小于所述第二阈值这两种不同的情况，会采用不同的公式来计算Δw_k。

由于所述电机的原始给定速度w_ref一直为定值，通过调节Δw_k就能够实现增大或减小转子角速度。

其中，公式中的R₁和R₂均为变化系数，其影响Δw_k的变化快慢，系数越大变化越快，而变化快慢同样受到（x-x₁）或（x₂-x）的影响，这从公式里就能够直接反映出来。并且从公式可以看出，每一次的改变量的取值都会与紧邻的上一次的改变量的取值相关，从而使得本发明的改变量的取值更加的平滑，对电机的转子角速度的调节也更加的平滑。

较佳地，步骤S₁和步骤S₂之间还包括一步骤S₀₁：对所述目标变量进行低通滤波。

通过在步骤S₀₁中对目标变量进行低通滤波，从而将所述目标变量中的高频噪声滤除，以免产生误判断的情况，其中低通滤波器的截止频率的选择标准为在滤波延迟不影响本发明各个判断步骤的判断结果的前提下尽量小，优选地，截止频率为三百到一千赫兹。

较佳地，所述目标变量同时与所述电磁转矩及所述转子角速度或所述转子角速度的平方成正比；

较佳地，所述目标变量为所述电机的定子电流幅值、所述电机的定子电流交轴分量幅值或所述电机的定子电压直轴分量幅值；

较佳地，当所述目标变量为所述电机的定子电流幅值时，所述第一阈值为所述电机的过电流保护值，所述第二阈值为所述电机的额定电流值；

此处的所述电机的过电流保护值一般情况下为所述额定电流值的1.1-1.3倍，当然对于不同的电机系统，具体取值也可能有差别。

当所述目标变量为所述电机的定子电压直轴分量幅值时，所述第一阈值为所述电机的变频器最大输出电压值的0.69-0.7倍，所述第二阈值为所述变频器最大输出电压值的0.65-0.68倍。

本发明的目的在于还提供了一种电机带负载弱磁运行时控制速度的系统，其特点在于，所述系统包括一目标变量选取模块、一第一判断模块、一第二判断模块、一第三判断模块、一第四判断模块、一初始计数值为零的第一计数器、一初始计数值为零的第二计数器以及一速度控制模块；

所述目标变量选取模块用于选取一与所述电机的电磁转矩呈正相关的电机的参数变量作为目标变量；

所述第一判断模块用于判断所述目标变量是否大于一第一阈值，若是，则控制所述第一计数器将计数值加1，并启用所述第二判断模块，若否，则控制所述第一计数器将计数值清零，并启用所述第三判断模块；

所述第二判断模块用于判断所述第一计数器的计数值是否等于一第三阈值，若是，则调用所述速度控制模块减小所述电机的转子角速度，若否，则调用所述第一判断模块重新进行判断；

所述第三判断模块用于判断是否所述目标变量小于一第二阈值且所述转子角速度的改变量小于零，若是，则控制所述第二计数器将计数值加1，并启用所述第四判断模块，若否，则控制所述第二计数器将计数值清零，并调用所述第一判断模块重新进行判断；

所述第四判断模块用于判断所述第二计数器的计数值是否等于一第四阈值，若是，则调用所述速度控制模块增大所述转子角速度，若否，则调用所述第三判断模块重新进行判断。

较佳地，所述速度控制模块还用于在减小所述转子角速度后，控制所述第一计数器将计数值清零，并调用所述第一判断模块重新进行判断；和/或所述速度控制模块还用于在增大所述转子角速度后，控制所述第二计数器将计数值清零，并调用所述第三判断模块重新进行判断。

较佳地，所述转子角速度根据以下公式计算得出：

w_r＝w_ref+Δw_k；

其中w_r为所述转子角速度，w_ref为所述电机的原始给定速度，Δw_k小于或等于0；

Δw_k根据以下公式计算得出：

其中k为正整数，且Δw₀＝0，x、x₁和x₂分别表示所述目标变量、所述第一阈值和所述第二阈值，R₁、R₂均为正数；

当x>x₁时，Δw_k为第k次判断出所述第一计数器的计数值等于所述第三阈值时所述转子角速度的改变量；

当x<x₂时，Δw_k为第k次判断出所述第二计数器的计数值等于所述第四阈值时所述转子角速度的改变量。

较佳地，所述系统还包括一低通滤波器，所述目标变量选取模块还用于在选取所述目标变量后调用所述低通滤波器对所述目标变量进行低通滤波；

较佳地，所述目标变量同时与所述电磁转矩及所述转子角速度或所述转子角速度的平方成正比；

较佳地，所述目标变量为所述电机的定子电流幅值、所述电机的定子电流交轴分量幅值或所述电机的定子电压直轴分量幅值；

较佳地，当所述目标变量为所述电机的定子电流幅值时，所述第一阈值为所述电机的过电流保护值，所述第二阈值为所述电机的额定电流值；

当所述目标变量为所述电机的定子电压直轴分量幅值时，所述第一阈值为所述电机的变频器最大输出电压值的0.69-0.7倍，所述第二阈值为所述变频器最大输出电压值的0.65-0.68倍。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够对电机所带负载的重量进行检测，并根据检测结果对电机速度进行智能调控。在检测出负载过重后，能够自动减小电机的转子角速度，从而增大了电机的电磁转矩，进而提高了电机的带负载能力，从而能够有效地预防并解决电机在弱磁运行时会发生失速故障的问题。而在检测出负载重量变轻后，又能够自动增大转子角速度，从而能够对电机速度进行恢复。并且，在本发明中不会停止电机的运行，从而保持了正常的工作和生产，同时本发明还能够保持电机的正常运行，防止了电机系统的机械结构的损坏，对电机进行了很好的保护。

附图说明

图1为现有技术中异步电动机在弱磁区运行时的系统控制框图。

图2为本发明的一较佳实施例的电机带负载弱磁运行时控制速度的系统的结构示意图。

图3为本发明的一较佳实施例的电机带负载弱磁运行时控制速度的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1：

如图2所示，本发明的电机带负载弱磁运行时控制速度的系统包括一目标变量选取模块1、一第一判断模块2、一第二判断模块3、一第三判断模块4、一第四判断模块5、一初始计数值为零的第一计数器6、一初始计数值为零的第二计数器7、一速度控制模块8以及一低通滤波器9。

本发明的所述系统能够实现对电机所带负载的重量进行检测，并在检测出负载过重后自动减小电机速度，从而有效地预防并解决了电机在弱磁运行时会发生失速故障的问题，而在检测出负载很轻且速度先前已经减小时，能够增大电机的速度。

其中，所述目标变量选取模块1能够选取与所述电机的电磁转矩呈正相关的电机的参数变量作为目标变量，在本实施例中，选取的目标变量为所述电机的定子电流幅值i_s，具体选择依据如下：

所述电机的定子电流幅值i_s与电机的定子电流直轴分量和交轴分量的给定值i_d ^*和i_q ^*的关系公式如下：

$i_s=\sqrt{{i_d}^{*2}+{i_q}^{*2}}$

而电机的定子电流交轴分量的给定值i_q ^*总是与定子电流交轴分量的反馈值i_q是相匹配的。

电机在弱磁运行时，电机的定子电角频率w_e大于电机的定子额定角频率w_n，此时电机的励磁电流的表达式如下：

$i_d=\frac{i_{\mathrm{dref}}}{W_e};$

其中，i_dref为励磁电流原始给定量，为一恒定值。

异步电机转矩方程如下所示：

$T_e=\frac{3}{2}{n}_p\frac{{L_m}^2}{L_r}{i}_d{i}_q=\frac{3}{2}{n}_p\frac{{L_m}^2}{L_r}\frac{i_{\mathrm{dref}}}{w_e}{i}_q;$

其中，n_p为电机的极对数，L_m为电机互感，L_r为电机转子电感，i_q为电机定子电流交轴分量的给定值(转矩电流)，T_e为电磁转矩，约等于负载转矩。由上述公式推导得出公式如下：

$i_q=\frac{2L_r{w}_e{T}_e}{3n_p{L_m}^2{i}_{\mathrm{dref}}};$

由上述公式可以看出，电机定子电流交轴分量的给定值i_q既与电机的定子电角频率w_e成正比，又与电机的电磁转矩T_e成正比。

因此，所述目标变量可以为所述电机的定子电流交轴分量的给定值i_q，考虑到所述电机的定子电流幅值i_s与i_q的计算公式，可知i_s与所述电磁转矩T_e也是成正比的，所以在本实施例中，所述目标变量选取模块1选取的目标变量为所述电机的定子电流幅值i_s。

所述目标变量选取模块1在选取所述目标变量后，会通过所述低通滤波器9对所述目标变量进行低通滤波，从而将所述目标变量中的高频噪声滤除，以免后续可能产生误判断的情况。其中低通滤波器9的截止频率的选择标准为在滤波延迟不影响本发明各个判断步骤的判断结果的前提下尽量小，优选地，截止频率为三百到一千赫兹。

而所述第一判断模块2接着会对电机所带负载是否过重进行判断，当然，其并不是直接检测负载的重量，而是根据电机的电磁转矩与电机所带的负载的重量是基本相当的。因此，在在本实施例中会通过对电机的电磁转矩的检测来实现检测电机所带的负载是否过重，而对电机的电磁转矩的检测则会转化为对所述目标变量进行检测。

所述第一判断模块2会判断所述目标变量是否大于一第一阈值，其中所述第一阈值可以根据实际情况进行设置，对于不同的电机系统以及不同的目标变量，所述第一阈值可以进行不同的设置。在本实施例中，所述第一阈值选取为所述电机的过电流保护值，从而保证电机既具有较强的带载能力，又不会电流过大。

若检测出所述目标变量大于所述第一阈值，则控制所述第一计数器6将计数值加1，并启用所述第二判断模块3，若不大于所述第一阈值，则控制所述第一计数器6将计数值清零，并启用所述第三判断模块4进行判断。

所述第二判断模块3则判断所述第一计数器6的计数值是否等于一第三阈值，若是，则调用所述速度控制模块8减小所述电机的转子角速度，若否，则调用所述第一判断模块2重新进行判断。

同样，所述第三阈值也可以根据实际情况进行设置，例如可以取值为1、2等。

当第三阈值取值为1时，就表明在第一次检测出负载过重后就调用所述速度控制模块8来减小所述转子角速度，而当取值为2时，则表明需要连续两次检测出负载过重后再调用所述速度控制模块8，其余取值情况原理相同，以此类推。

所述速度控制模块8在减小所述转子角速度后会调用所述第一判断模块2重新进行判断，从而使得本实施例的系统中的各模块能够执行循环的流程，保证实时地对电机负载进行检测并实时地控制电机的速度。而在调用所述第一判断模块2重新判断之前，还控制所述第一计数器6将计数值清零，从而使得整个流程重新开始运行，进而重新进行判断和控制。

而所述第三判断模块4则会判断电机所带负载重量有没有变轻并且速度先前有没有为防止过载已经减小，具体通过判断所述目标变量是否小于一第二阈值并且所述转子角速度的改变量是否为负值，若目标变量小于所述第二阈值且所述改变量为负值，则说明负载很轻，此时控制所述第二计数器7将计数值加1，并启用所述第四判断模块5；若不小于所述第二阈值，则控制所述第二计数器7将计数值清零，并且此时说明了电机的转子角速度并没有下降到很小且负载并没有很轻，因此启用所述第一判断模块2重新进行判断。

所述第四判断模块5则判断所述第二计数器7的计数值是否等于一第四阈值，若是，则调用所述速度控制模块8增大所述转子角速度，并使第二计数器7的值清零，若否，则调用所述第三判断模块4重新进行判断。

所述速度控制模块8在增大所述转子角速度后会调用所述第三判断模块4重新进行判断，从而使得本实施例的系统中的各模块能够执行循环的流程，保证实时地对电机负载进行检测并实时地控制电机的速度。而在调用所述第三判断模块4重新判断之前，还控制所述第二计数器7将计数值清零，从而使得整个增大转子角速度的流程重新开始运行，进而重新进行判断和控制。

而所述速度控制模块8无论是增大还是减小所述转子角速度，都是通过调节所述转子角速度的改变量Δw_k来实现的，具体的转子角速度的计算公式如下：

w_r＝w_ref+Δw_k；

其中w_r为所述转子角速度，w_ref为所述电机的原始给定速度，Δw_k小于或等于0。由于所述电机的原始给定速度w_ref一直为定值，通过调节Δw_k就能够实现增大或减小转子角速度。

Δw_k根据以下公式计算得出：

其中k为正整数，且Δw₀＝0，x、x₁和x₂分别表示所述目标变量、所述第一阈值和所述第二阈值，R₁、R₂均为正数；

当x>x₁时，Δw_k为第k次判断出所述第一计数器的计数值等于所述第三阈值时所述转子角速度的改变量；

当x<x₂时，Δw_k为第k次判断出所述第二计数器的计数值等于所述第四阈值时所述转子角速度的改变量。

本发明可以通过调节所述转子角速度的改变量Δw_k来增大或减小转子角速度，而对于目标变量大于所述第一阈值和小于所述第二阈值这两种不同的情况，会采用不同的公式来计算Δw_k。

其中，公式中的R₁和R₂均为变化系数，其影响Δw_k的变化快慢，系数越大变化越快，而变化快慢同样受到（x-x₁）或（x₂-x）的影响，这从公式里就能够直接反映出来。并且从公式可以看出，每一次的改变量的取值都会与紧邻的上一次的改变量的取值相关，从而使得本发明的改变量的取值更加的平滑，对电机的转子角速度的调节也更加的平滑。

本发明中的所述目标变量选取模块1选取的目标变量优选地可以同时与所述电磁转矩及所述转子角速度或所述转子角速度的平方成正比，除了选择所述电机的定子电流幅值i_s为目标变量外，所述目标变量选取模块1选取的目标变量还可以是所述电机的定子电压直轴分量幅值|u_d|，具体推导过程如下：

在电机高速运行时，所述电机的定子电压直轴分量u_d的计算公式如下：

u_d＝R_si_d-w_eL_sσi_q≈-w_eL_sσi_q；

其中L_sσ为电机的定子漏感，在电机高速运行情况下，电机的定子电阻压降的直轴分量R_si_d可以忽略不计。

对上述公式进行进一步推导，得出如下公式：

$u_d=-w_e{L}_{\mathrm{s\&sigma;}}{i}_q=-\frac{2L_{\mathrm{s\&sigma;}}{L}_r{w_e}^2{T}_e}{3n_p{L_m}^2{i}_{\mathrm{dref}}};$

由上述公式可知，所述电机的定子电压直轴分量u_d的幅值|u_d|既与电机的定子电角频率w_e的平方成正比，又与电机的电磁转矩T_e成正比。因此，所述目标变量可以为所述电机的定子电压直轴分量幅值|u_d|。

在本发明的具体实施过程中，当所述目标变量为所述电机的定子电流幅值i_s时，所述第一阈值可以设置为所述电机的过电流保护值，所述第二阈值可以设置为所述电机的额定电流值；

此处的所述电机的过电流保护值一般情况下为所述额定电流值的1.1-1.3倍，当然对于不同的电机系统，具体取值也可能有差别。

当所述目标变量为所述电机的定子电压直轴分量幅值|u_d|时，所述第一阈值可以设置为所述电机的变频器最大输出电压值的0.69-0.7倍，所述第二阈值可以设置为所述变频器最大输出电压值的0.65-0.68倍。

如图3所示，本发明利用本实施例的电机带负载弱磁运行时控制速度的系统实现的电机带负载弱磁运行时控制速度的方法包括以下步骤：

步骤101、选取所述电机的定子电流幅值i_s作为目标变量，并对所述目标变量进行低通滤波。

步骤102、判断所述目标变量是否大于一第一阈值，若是，则执行步骤103，若否，则执行步骤106。

步骤103、控制所述第一计数器6将计数值加1。

步骤104、判断所述第一计数器6的计数值是否等于一第三阈值，若是，则执行步骤105，若否，则返回步骤102。

步骤105、减小所述电机的转子角速度，并控制第一计数器6将计数值清零，返回步骤102。

步骤106、控制所述第一计数器6将计数值清零。

步骤107、判断所述目标变量是否小于一第二阈值且所述转子角速度的改变量是否小于0，若是，则执行步骤108，若否，则执行步骤109。

步骤108、控制第二计数器7将计数值加1，然后执行步骤110。

步骤109、控制所述第二计数器7将计数值清零，并返回步骤102。

步骤110、判断所述第二计数器7的计数值是否等于一第四阈值，若是，则执行步骤111，若否，则返回步骤107。

步骤111、增大所述转子角速度，并控制第二计数器7将计数值清零，然后返回步骤107。

下面给出一个采用本实施例的系统实现的对弱磁运行的电机的速度进行控制的实际应用：

选用11kW异步电动机，电机额定电压380V、额定电流24A、额定频率50Hz。所述目标变量为所述电机的定子电流幅值i_s，所述第一阈值为所述电机的额定电流值的1.02倍，所述第二阈值为所述电机的额定电流值。

当电机两倍弱磁运行时，原始给定速度w_dref为额定频率两倍，即100Hz。空载运行时，由于i_s小于第一阈值，电机没有重载运行，不需要改变给定速度，此时Δw为0。当负载增加到55N.m时，电机定子电流i_s为25.5A，此时i_s大于第一阈值，电机此时为带重载运行，需要降低给定速度，此时减少量Δw按上述公式计算得出，电机速度逐渐降低。

在负载不变时，随着速度降低，电流i_s会逐渐减小。当w_r ^*为92Hz时，i_s不再大于第一阈值，速度不需要继续减小。此时速度可维持在92Hz不变，电机系统稳定且电机无过电流。

若此时负载减小，由于电机速度很小，当i_s小于第二阈值时，就可以增加电机速度，而增加了Δw按上述公式计算得出，电机速度逐渐升高，电流i_s也逐渐变大。当负载达到50N.m时电机速度可恢复到98Hz并保持稳定，此时i_s不再小于所述第二阈值，速度无法继续升高。若继续减小负载，电机速度则可以继续增大，直至达到100Hz。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机带负载弱磁运行时控制速度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 

S₁、选取一与所述电机的电磁转矩呈正相关的电机的参数变量作为目标变量； 

S₂、判断所述目标变量是否大于一第一阈值，若是，则执行步骤S₃，若否，则执行步骤S₆； 

S₃、控制一初始计数值为零的第一计数器将计数值加1； 

S₄、判断所述第一计数器的计数值是否等于一第三阈值，若是，则执行步骤S₅，若否，则返回步骤S₂； 

S₅、减小所述电机的转子角速度，然后结束流程； 

S₆、控制所述第一计数器将计数值清零； 

S₇、判断是否所述目标变量小于一第二阈值且所述转子角速度的改变量小于零，若是，则执行步骤S₈，若否，则执行步骤S₉； 

S₈、控制一初始计数值为零的第二计数器将计数值加1，然后执行步骤S₁₀； 

S₉、控制所述第二计数器将计数值清零，并返回步骤S₂； 

S₁₀、判断所述第二计数器的计数值是否等于一第四阈值，若是，则执行步骤S₁₁，若否，则返回步骤S₇； 

S₁₁、增大所述转子角速度。 

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S₅中还控制所述第一计数器将计数值清零，并返回步骤S₂，和/或步骤S₁₁中还控制所述第二计数器将计数值清零，并返回步骤S₇。 

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转子角速度根据以下公式计算得出： 

w_r＝w_ref+Δw_k； 

其中w_r为所述转子角速度，w_ref为所述电机的原始给定速度，Δw_k小于 或等于0； 

Δw_k根据以下公式计算得出： 

且Δw_k-1＜0 

其中k为正整数，且Δw₀＝0，x、x₁和x₂分别表示所述目标变量、所述第一阈值和所述第二阈值，R₁、R₂均为正数； 

当x>x₁时，Δw_k为第k次判断出所述第一计数器的计数值等于所述第三阈值时所述转子角速度的改变量； 

当x<x₂时，Δw_k为第k次判断出所述第二计数器的计数值等于所述第四阈值时所述转子角速度的改变量。 

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S₁和步骤S₂之间还包括一步骤S₀₁：对所述目标变量进行低通滤波。 

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标变量同时与所述电磁转矩及所述转子角速度或所述转子角速度的平方成正比； 

较佳地，所述目标变量为所述电机的定子电流幅值、所述电机的定子电流交轴分量幅值或所述电机的定子电压直轴分量幅值； 

较佳地，当所述目标变量为所述电机的定子电流幅值时，所述第一阈值为所述电机的过电流保护值，所述第二阈值为所述电机的额定电流值； 

当所述目标变量为所述电机的定子电压直轴分量幅值时，所述第一阈值为所述电机的变频器最大输出电压值的0.69-0.7倍，所述第二阈值为所述变频器最大输出电压值的0.65-0.68倍。 

6.一种电机带负载弱磁运行时控制速度的系统，其特征在于，所述系统包括一目标变量选取模块、一第一判断模块、一第二判断模块、一第三判断模块、一第四判断模块、一初始计数值为零的第一计数器、一初始计数值为零的第二计数器以及一速度控制模块； 

所述目标变量选取模块用于选取一与所述电机的电磁转矩呈正相关的 电机的参数变量作为目标变量； 

所述第一判断模块用于判断所述目标变量是否大于一第一阈值，若是，则控制所述第一计数器将计数值加1，并启用所述第二判断模块，若否，则控制所述第一计数器将计数值清零，并启用所述第三判断模块； 

所述第二判断模块用于判断所述第一计数器的计数值是否等于一第三阈值，若是，则调用所述速度控制模块减小所述电机的转子角速度，若否，则调用所述第一判断模块重新进行判断； 

所述第三判断模块用于判断是否所述目标变量小于一第二阈值且所述转子角速度的改变量小于零，若是，则控制所述第二计数器将计数值加1，并启用所述第四判断模块，若否，则控制所述第二计数器将计数值清零，并调用所述第一判断模块重新进行判断； 

所述第四判断模块用于判断所述第二计数器的计数值是否等于一第四阈值，若是，则调用所述速度控制模块增大所述转子角速度，若否，则调用所述第三判断模块重新进行判断。 

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述速度控制模块还用于在减小所述转子角速度后，控制所述第一计数器将计数值清零，并调用所述第一判断模块重新进行判断；和/或所述速度控制模块还用于在增大所述转子角速度后，控制所述第二计数器将计数值清零，并调用所述第三判断模块重新进行判断。 

8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述转子角速度根据以下公式计算得出： 

w_r＝w_ref+Δw_k； 

其中w_r为所述转子角速度，w_ref为所述电机的原始给定速度，Δw_k小于或等于0； 

Δw_k根据以下公式计算得出： 

且Δw_k-1＜0 

其中k为正整数，且Δw₀＝0，x、x₁和x₂分别表示所述目标变量、所述第一阈值和所述第二阈值，R₁、R₂均为正数； 

当x>x₁时，Δw_k为第k次判断出所述第一计数器的计数值等于所述第三阈值时所述转子角速度的改变量； 

当x<x₂时，Δw_k为第k次判断出所述第二计数器的计数值等于所述第四阈值时所述转子角速度的改变量。 

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一低通滤波器，所述目标变量选取模块还用于在选取所述目标变量后调用所述低通滤波器对所述目标变量进行低通滤波。 

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述目标变量同时与所述电磁转矩及所述转子角速度或所述转子角速度的平方成正比； 

较佳地，所述目标变量为所述电机的定子电流幅值、所述电机的定子电流交轴分量幅值或所述电机的定子电压直轴分量幅值； 

较佳地，当所述目标变量为所述电机的定子电流幅值时，所述第一阈值为所述电机的过电流保护值，所述第二阈值为所述电机的额定电流值； 

当所述目标变量为所述电机的定子电压直轴分量幅值时，所述第一阈值为所述电机的变频器最大输出电压值的0.69-0.7倍，所述第二阈值为所述变频器最大输出电压值的0.65-0.68倍。 

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