无速度传感器异步电动机极低转速下的矢量控制

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N

清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2003年第43卷第9期

2003,V o l.43,N o.95/37

1169-1172,1180

无速度传感器异步电动机极低转速下的矢量控制

冬　雷,　李永东

(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)

收稿日期:2002-08-18

基金项目:国家自然科学基金资助项目(59877010)作者简介:冬雷(1967-),男(汉),河北,博士后。

通讯联系人:李永东,教授,E -mail :liyd @mail .tsin ghua .edu .cn

摘　要:在较低转速下,对异步电机转子磁通位置的观测比较困难,因此在定子边注入与电机控制量无关的高频信号,是提取转子磁通位置信息的有效方法之一。为此,该文分析了异步电机高频脉振信号注入下的电机模型,得到了异步电机同步参考坐标系下的阻抗不对称的特点,提出了磁通跟踪的方法,通过检测高频脉振信号注入时的响应电流,来观测转子的磁通位置,并以此为基础实现了无速度传感器异步电机极低转速下的矢量控制。实验结果表明,该方法在异步电机极低转速(包括零速)下能准确地观测出转子磁通位置,对电机的参数和负载变化具有鲁棒性,并且能够在零速时输出额定转矩。

关键词:异步电机;矢量控制;无速度传感器控制;磁通

跟踪

中图分类号:T M 921.51

文献标识码:A

文章编号:1000-0054(2003)09-1169-04

Vector control of a speed sensor -less induction motor at very low speed

DONG Lei ,LI Yongdon g

(Department of Electrical Engineering ,T s inghua University ,Beij ing 100084,China )

Abstract :T he rotor flux angle of an induction machine at ver y low speed

cann ot

eas ily

es timated;

th erefore,

an

in dependen t

high -frequen cy signal w as injected in to th e termin al of an induction motor to es tim ate the flu x angle.T his paper presents an an alysis of an indu ction motor model w ith a high-frequ ency fluctuating sign al injection.Wh en th e h igh-frequency fluctuating s ignal is injected into the termin al of the induction motor,the difference between the impedan ce of the d -an d q -axis of the syn chronous rotatin g referen ce fram e can be m easured.T he rotor flux angle is then tr ack ed by tuning the s pace vector of the hig h-frequency sign al for vector control of in duction motor s at very low s peed.E xperimental res ults verify that th e algorithm is r ob ust agains t parameter variations and load ch anges and th at the rated torque can b e p ut out at very low speed including zero.

Key words :induction motor ;vector con trol;

speed s ens or-less

control;flux tracking

目前,在较高的电机转速范围内,异步电动机无速度传感器矢量控制系统的研究取得了令人瞩目的成果[1～5]

,然而,在极低转速下,由于受到电机基本模型的限制,对电机转子磁通位置的观测仍然不能满足人们的要求[6]。为了解决上述问题,必须从电机测量,如定子电压、电流中提取转子磁通位置信息。在低速时定子电流相对较小,对电流的检测会受到严重的干扰,同时系统对电机参数变化特别是转子时间常数的变化更加敏感。所以在极低速时,理想电机模型已经无法胜任矢量控制的要求。研究人员为此提出注入一个与控制量无关的高频信号,在极低速范围内有效地提取电机转子磁通位置信息。如文[7]提出了高频脉振信号注入的方法估计磁通位置。但是,所采用的异步电机模型不适合于高频脉振信号注入的分析,而且没有考虑转子磁通的饱和程度对电机的影响。

文[8]提出了一种用高频谐波信号注入的方法来估计磁通角度、转子位置和转速。但是该方法对封闭转子的电机效果不好,受电机负载的影响较大,不适合中小型电机。文[9,10]通过向异步电机注入离散的高频脉冲信号的方法,利用电机总漏感随转子位置变化的特性,精确地检测出电机在极低速甚至零速下的转子位置。然而,该方法中位置信号的检测受负载和转子斜槽等影响较大。

本文在分析了高频脉振信号注入下的电机模型,以及转子磁通的饱和程度对高频阻抗不对称影响的基础上[11,12],利用提出的磁通跟踪方法,以及高频信号注入下的同步旋转坐标系中高频阻抗的不对称性,通过检测高频响应电流的变化,观测出转子磁通位置,并且完成了异步电机在极低转速下的无