[发明专利]一种工矿电机车的分段转差控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及工矿电机车控制技术领域，具体涉及一种工矿电机车的分段转差控制方法。

背景技术

目前，工矿场合使用的电机车多采用直流电机牵引，但直流电机具有结构复杂，有换向器火花，体积大，价格高，高速有限，维护困难等诸多不足，因此，以感应电机为主体的交流变频调速系统将逐步取代传统直流牵引系统，成为工矿电机车牵引控制系统的主力。

感应电机变频调速方法主要包括恒压频比控制、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制。恒压频比控制由于转速开环，因此转速响应速度慢，精度低，抗负载扰动能力差，且低速时由于转子电阻压降的影响，输出转矩明显减小；转差频率控制具有良好的转速响应和抗扰能力，但用于维持转子磁通恒定的定子电流是转差频率的非线性函数，求解困难，不利于工程应用；以上两者中的任何一种均不具备大启动转矩的优点，不适宜单独用在工矿电机车的牵引控制中；矢量控制涉及复杂的坐标变换运算，磁场定向很难做到精准，而且控制系统涉及多个容易变化的电机参数，严重影响控制性能；直接转矩控制分别对磁链和转矩进行调节，通过切换电压矢量实现转矩的控制，但由于采用了砰砰控制，使直接转矩控制的抗扰能力和低速性能不佳，转矩脉动大。后两者在工程实现过程中均会遇到多种难题，具体实现方法有待改善。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有方法的不足，提出一种容易实现，调速精度高，启动转矩大，抗负载扰动能力强，适用于工矿电机车实际运行环境和特殊工作状态的工矿电机车的分段转差控制方法。

本发明可通过以下技术方法实现：

一种工矿电机车的分段转差控制方法，其包括转速检测环节、转差控制环节、V/F控制环节、SPWM环节和逆变环节；所述转速检测环节是对电机的转速进行检测；所述转差控制环节利用上述转速检测环节得到的转速和给定转速对转差频率进行分段优化处理；所述V/F控制环节完成输出频率和输出电压的计算，其中输出频率由转差频率和转子旋转角频率相加得到，所述转子旋转角频率由电机转速进行单位换算后得到，输出电压V_OUT=V_额定*f/50，其中V_额定为额定输出电压，f为当前输出频率，50为额定最大输出频率；所述SPWM环节实现逆变环节各开关管驱动信号占空比的计算，占空比T_on=V_OUT*sina*T_PWM/U，其中sina为各相电压当前相位角对应的正弦值，T_PWM为PWM开关周期，U为载波信号的幅值；所述逆变环节通过三相H桥六管逆变电路实现，三相H桥六管逆变电路根据SPWM环节得到的各开关管驱动信号占空比将直流电转换为电机所需的三相交流电，实现对工矿电机车的分段转差控制。

进一步的，所述转速检测环节采用增量式光电编码盘对电机的转速进行检测。 

进一步的，所述转差频率的分段优化处理由以下分段函数实现：

其中ω_s为转差频率，，R₂为转子电阻，L₂为转子电感，n*为给定转速，n为实际转速，a为修正系数，其值为9.55。

进一步的，所述三相H桥六管逆变电路由IGBT构成。

该方法结合恒压频比控制和转差频率控制的优点，采用恒定压频比的方法维持转子磁通恒定，引入转差频率控制，并对转差频率控制环节进行分段优化处理，使系统具有最大启动转矩。

上述转差频率的分段优化处理由的分段函数中，ω_max的推导过程如下：

感应电机转矩表达式可写为：