基于定子電壓矢量定向的轉矩提升方法研究
于泳，熊文凱，陳偉，徐殿國
（哈爾濱工業大學電氣工程系，哈爾濱150001）
摘要：感應電動機定子電阻壓降導致V/F控制系統低速時的輸出轉矩下降，嚴重影響了V/F控制系統的低速性能。在分析現有轉矩提升方案的基礎上，提出了一種新穎的轉矩提升方法。通過基于定子電壓矢量定向的旋轉坐標變換，可以實現定子電流的解耦，從而方便地得到定子電阻壓降補償量。該方法只需知道定子電阻值，實現簡單。實驗結果表明：采用補償方案后，電機起動性能良好，電機能在1 Hz滿載平穩運行。實驗結果驗證了該轉矩提升方案的有效性。
關鍵詞：恒壓頻比控制；轉矩提升；定子電壓矢量定向；定子電流解耦
中圖分類號：TM301. 2 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848（2010）01-0026-03
0 引 言
采用V/F (恒壓頻比)控制的通用變頻調速系統應用時無需依賴電機參數，具有簡單、可靠以
及低成本等優點，在交流調速領域得到廣泛的應用。但是，由于定子電阻壓降的影響，傳統的V/F控制系統低速時輸出轉矩下降，造成帶載起動困難，低頻帶載能力差（3 Hz以下無法滿載運行）等問題，必須加以改進[1-5]。
已有眾多學者對定子電阻壓降進行了深入研究，并提出了多種補償方案。比較侍統的補償方法是手動補償法，即人為地設定一個補償量，該方法偶然性比較大，容易導致過補償和欠補償[2]。現在采用的方法大多是自動補償方法，按照其補償方式的不同，大致可分為兩類：矢量補償方法和標量補償方法[3]。
矢量補償是按照電機輸入電壓和電流之間的三角關系來計算定子電壓給定值的，從幅值和相角兩方面來修正定子電壓[2-5]。該方法雖然準確，但是定子電壓矢量和電流矢量之間的夾角不易獲取，且計算復雜，實現困難。
標量補償只修正定子電壓矢量的幅值[6-7]，即直接在定子反電動勢的給定值的基礎上添加一個補償量。該方法比較容易實現，但工程實踐表明：該方法容易導致氣隙磁通飽和，造成過補償。
為解決上述問題，本文提出了一種基于定子電壓矢量定向的轉矩提升方法。通過定子電壓矢量定向，實現有功電流和無功電流的解耦，能夠方便地得到定子電阻壓降補償量；同時通過對無功電流的控制，使其保持恒定，可以進一步確保低速時電機磁鏈的恒定。最后，通過實驗結果對該方法的有效性進行了驗證。
1定子電阻壓降分析
由文獻[4]的分析可知，定子電阻壓降補償是在保持定子磁鏈大小恒定（等于其額定值）的基礎上進行的。由圖1所示的感應電機穩態等效電路和電機學的基本原理可知，三檀異步電動機定子每極磁通可由下式表達[8]
式中，工為感應電機當前運行頻率；E_為定子全磁通在定子每相繞組中的感應電動勢；對于確定的電機而言，k為常數。
由式(1)可知，只要控制好Em和f1的量，就可以達到控制磁通φm。的目的。但是在感應電機中反電勢Em的值無法直接獲取，只能通過相電壓Vs來檢測和控制。而由圖1所示向量關系圖可知
設Ks0為Em在額定頻率fo時的值，則任意頻率f1時，為保持氣隙磁通恒定，所需要的反電勢值為：
由式(4)可知，在高頻段，感應電勢E m。比較大，定子阻抗壓降I sR s。相對很小，可以忽略不計，V s和E m近似相等，可以用V s/f< |
