CN201860292U - 双馈电机的转子位置与速度测量控制装置 - Google Patents

Abstract

一种双馈电机的转子位置与速度测量控制装置，双馈电机的转子绕组经过转子电流互感器连接至转子功率变换器，再通过变压器连接至三相交流电网；转子功率变换器连接系统控制器；双馈电机定子绕组经过电流互感器连接至电网，电压互感器与定子绕组并联；电流互感器连接至信号滤波器；电压互感器、信号滤波器和转子电流互感器都与采样电路连接，采样电路的输出端与系统控制器的输入端连接；系统控制器的另一输入端与速度信号给定电路连接。利用双馈电机本身的机械结构和其中的电磁关系，使转子一相绕组注入高频电压信号，直接准确地测量出转子的位置和速度，达到了良好的控制效果，简化了系统的组成，提高了系统的可靠性及速度控制的准确性。

Description

双馈电机的转子位置与速度测量控制装置 

技术领域

本实用新型涉及一种测量控制装置，特别是一种双馈电机转子位置与速度测量控制装置。 

背景技术

在高性能的双馈电机矢量控制系统中，转子位置和速度的闭环控制环节一般是必不可少的。基于速度传感器的控制系统，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。这些系统对转子位置的检测能力较差，同时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。 

目前的无速度传感器控制系统，利用检测电机定子电压、电流等物理量，结合转子磁路的不对称性进行位置和速度估计以取代机械传感器。该系统解决了机械速度传感器带来的问题，降低了系统成本，但是目前的估算方法对电机参数的依赖性强，而且计算和控制比有机械速度传感器系统复杂，响应较慢，低速动态响应特性较差。 

发明内容

本实用新型的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、可靠性强、测量准确的双馈电机的转子位置与速度测量控制装置。 

为实现上述目的，本实用新型双馈电机的转子位置与速度测量控制装置：在双馈电机的转子绕组上依次连接有转子电流互感器、转子功率变换器、变压器，通过变压器连接至三相交流电网；转子功率变换器连接系统控制器；双馈电机定子绕组经过电流互感器连接至电网，定子绕组上并联有电压互感器；电压互感器和转子电流互感器分别与采样电路相连接，采样电路的输出端与系统控制器的输入端相连接；系统控制器的输入端连接有速度信号给定电路。 

所述的电流互感器与采样电路之间连接有信号滤波器。 

有益效果：由于采用了上述方案，不采用机械速度传感器装置，利用双馈电机本身的机械结构和其中的电磁关系，使用转子一相绕组注入高频电压信号的方法，直接准确地测量出转子的位置和速度，达到了良好的控制效果，简化了系统的组成，不仅提高了系统的可靠性及速度控制的准确性，而且解决了双馈电机速度闭环控制系统硬件结构复杂的问题，提高了控制系统的可靠性和准确性，并且在有刷式双馈电机中不使用机械速度传感器，利用双馈电机本身的电磁结构，采用转子注入高频信号的方法直接测出电机的转速，简化了系统结构，增强了系统的可靠性，提高了速度控制的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的双馈电机转子位置与速度测量原理结构图； 

图2为本实用新型的双馈电机转子位置与速度测量及控制系统图。 

图中：1、电流互感器；2、电压互感器；3、定子绕组；4、定子铁芯；5、转子铁芯；6、转子绕组；7、转子电流互感器；8、转子功率变换器；9、变压器；10、采样电路；11、信号滤波器；12、系统控制器；13、速度信号给定电路。 

具体实施方式

下面结构附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述： 

本实用新型双馈电机的转予位置与速度测量的测量控制装置，双馈电机转子铁芯5上的转子绕组6经过转子电流互感器7连接至转子功率变换器8，再通过变压器9连接至三相交流电网；转子功率变换器8连接系统控制器12，转子功率变换器8采用常规的功率变换器，系统控制器12采用常规的控制器；双馈电机定子铁芯4上的定子绕组3经过电流互感器1连接至电网，电压互感器2与定子绕组3并联；电流互感器1连接至信号滤波器11，信号滤波器11采用常规的信号滤波器；电压互感器2、信号滤波器11和转子电流互感器7都与采样电路10连接，采样电路10采用目前常规的采用电路，采样电路10的输出端与系统控制器12的输入端连接；系统控制器12的另一输入端与速度信号给定电路13连接，速度信号给定电路13为常规电路。 

利用系统控制器12，控制转子功率变换器8，为双馈电机转子绕组6供电。为了检测转子位置和速度，需要在电机转子u_r相绕组施加频率为f_H的高频电压励磁信号，因此转子功率变换器8在输出正常励磁电压的同时，叠加一个高频电压u_rH输出。 

定义电机定子U相绕组的相轴为U轴，转子u_r相绕组的相轴为u_r轴，二者的空间夹角的电角度为θ。如果电机极对数为P，则U轴与u_r轴夹角的机械角度θ_r与电角度θ的关系为： 

θ＝P×θ_r                     (1) 

当转子u_r相绕组施加高频励磁信号时，会在u_r轴产生高频脉振磁场，其幅值所在位置会随转子位置的变化而移动。当u_r轴与定子U相绕组相轴(即U轴)的空间夹角的电 角度为0时，定子U相绕组感应的频率为f_H的高频电势信号为E_H；若u_r轴与定子U轴的空间夹角的电角度为θ，u_r轴高频脉振磁场在定子三相绕组(U相、V相和W相)中感应频率为f_H的高频电势信号(E_UH、E_VH和E_WH)，它们的大小为： 

当定子绕组加三相工频电压双馈运行时，定子绕组中频率为f_H的高频电流信号(I_UH、I_VH和I_WH)的大小为： 

可见，定子相绕组中感应的频率为f_H的高频信号与定转子空间夹角的电角度θ成余弦关系，通过检测定子绕组高频电势或电流信号，就可以直接测量出转子位置角θ。 

将测量出的转子位置角进行对时间t的导数计算，并结合式(1)，就可以计算出转子的转速n_r为： 

$n_r=\frac{9.55}{P}\×\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

将测出的转子位置和速度信号反馈给系统控制器12，就构成双馈电机的速度闭环控制系统，可以对双馈电机的速度进行准确的控制。 

Claims (2)

1.一种双馈电机的转子位置与速度测量控制装置，其特征在于：在双馈电机的转子绕组上依次连接有转子电流互感器(7)、转子功率变换器(8)、变压器(9)，通过变压器(9)连接至三相交流电网；转子功率变换器(8)连接系统控制器(12)；双馈电机定子绕组经过电流互感器(1)连接至电网，定子绕组上并联有电压互感器(2)；电压互感器(2)和转子电流互感器(7)分别与采样电路(10)相连接，采样电路(10)的输出端与系统控制器(12)的输入端相连接；系统控制器(12)的输入端连接有速度信号给定电路。

2.根据权利要求1所述的双馈电机的转子位置与速度测量控制装置，其特征在于：所述的电流互感器(1)与采样电路(10)之间连接有信号滤波器(11)。

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