利用逆变器运行电动机通常在v(电压)/f(频率)的比为恒定的
条件下进行。如果运行频率已经确定，则电动机具有一个呈现最高效
率时的转差率，并且该转差率的值和负载的大小无关。
在v/f为恒定的条件下运行时，如果频率f被确定，则因为电压
是固定的，当负载变化时，转差率变化，相应地效率也改变，因此，
不可能总是使电机运行在最高的效率下。这里略研究几例所述类型的
常规技术。
作为常规技术1，日本专利公开NO.41029/1991披露了一种用于
减少由负载变化引起的效率下降的方法。按照常规技术1，由电压型逆
变器驱动的感应电动机的一种运行方法的特征在于，当电机进入稳定
运行状态时，逆变器的输出电压和输出电流相乘，从而确定输出功率PN，
并且逆变器的输出电压被减少到V1，该电压比在稳态运行开始时的输
出电压V0减少ΔV。在此时计算的逆变器的输出功率P1和在稳态运行开
始时的逆变器的输出功率P0之间的差ΔP1和常数ΔPs比较，如果ΔP1＜ΔPs，
则把逆变器输出电压固定为电压V1。但是如果ΔP1≥ΔPs，则在一个固定
的时间间隔之后，使逆变器的输出电压从电压V1进一步减少ΔV，在此
时输出功率减少的值(差)和常数ΔPs相互比较，根据它们之间的大小
关系，确定逆变器的输出电压被固定或者被进一步减少，这些步骤被
重复，使电动机在逆变器的输出电压下运行。
此外，作为常规技术2，日本专利公开203700/1995披露了一种方
法，其中根据电机常数和频率计算获得最高效率的转差率。控制加于
电机的电压，使得获得计算的转差率。利用这种方法，当电机进入稳
定运行状态时，逆变器的输出电压和输出电流相乘以便确定输出功率
PN，在这一功率下计算用于达到最高效率的电压和频率，然后提供给电
机，从而间接地控制电机获得最佳转差率。
然而，利用常规技术1的方法，因为最小功率运行状态是在改变
电压一个很小的量时获得的，需要大量时间才能达到最小功率点，因
而存在对负载变化的响应低的问题。同时，利用常规技术2的方法，
因为电机被间接地控制来获得具有最高效率的转差率，所以存在精度
问题。此外，对通常的逆变器处理应用矢量控制，使得该控制方法具
有这样的问题，即该方法不能用于矢量控制的逆变器，其中激磁电流
和转矩电流被彼此独立地控制。
本发明是根据上述常规技术中的问题而作出的，本发明的目的在
于，提供一种用于感应电动机的控制方法和装置，其中感应电机的转
差率被如此快速地控制，使得感应电机的效率相对于负载和频率的改
变总是最高的。为了解决上述问题，按照本发明，提供一种用于逆变
器控制的感应电机的控制方法，其中电机的转差率被检测，并计算提
供最高效率时依赖于电机常数和施加于电机的频率的最佳转差率，最
佳转差率和电机的转差率被比较，从而确定一个电压控制的变量，该
变量用于形成输出电压指令或磁通指令，用于使电机在提供最高效率
的转差率下运行。
此外，按照本发明，提供一种用于逆变器控制的感应电机的控制
装置，包括用于检测电机的转差率的装置，用于计算取决于电机常数
和施加于电机的频率的提供最高效率的最佳转差率的装置，用于比较
最佳转差率和电机转差率的装置，以及用于根据比较结果计算电压控
制的变量的装置，其中电压控制的变量用于形成输出电压指令或磁通
指令，用于使电机在提供最高效率的转差率下运行。
此外，用于感应电机的控制装置的特征在于，用于计算最佳转差
率的装置通过计算最佳转差率SηMAX，(它是由电机常数和特定频率f0
确定的，)和施加的频率为f时的比(f0/f)1/2的乘积来计算在施加的
频率下的最佳转差率Sf，并且其特征还在于用于计算电压控制的变量
的装置通过计算比较结果和取决于负载转矩和最佳转差率的增益系数K
的乘积来进行所述计算，并且增益系数K和电机转矩的指数函数成正
比地增加，并和最佳转差率SηMAX成反比地增加。所述用于计算电压控
制的变量的装置通过计算比较结果和取决于所述感应电机的负载转矩
和最佳转差率的增益系数K的乘积来计算电压控制的变量。此外，用
于感应电机的控制装置的特征在于，最佳转差频率SηMAX由下式表示：
SηMAX=r2/Lm[rm/2/π/(r1+r2)]1/2/(f0)1/2。
其中r1电机的二次电阻，
r2是电机的二次电阻，
Lm是电机的激磁电感，
rm是电机的铁损电阻，以及
f是电机的供电频率。
按照本发明，不像在常规技术中那样间接地控制转差率来获得最
高效率，也不在少量地改变逆变器输出电压的同时求取最低功率点。
感应电机的转差率被直接地检测，把检测的转差率值和取决于电机常
数以及运行频率的提供最高效率的最佳转差率值进行比较。然后使用
基于比较结果的电压控制的变量来形成磁通指令，借以快速地控制转
差率，使得即使在负载条件变化时或给定频率变化时也能获得最高效
率。
下面参照附图说明实施本发明的最佳方式。
图1表示本发明的实施例的感应电机的L型等效电路。
参见图1，标号V1是相电压，I1是一次电流，r1是一次电阻，r2是
二次电阻，x是一次、二次电抗之和，g0是激磁电导，b0是激磁电纳，
S是电机的转差率。其中复数符号由j表示，从等效电路可见，可以得
到下式：
矢量I1={1/(r2/S+r1+jx)+g0-jb0)V1 (1)
矢量I2=V1/(r2/S+r1+jx) (2)
矢量IN=(g0-jb0)V1 (3)
一次输入复数功率矢量pa1由下式给出，其中电源的相数是m，矢
量pa1=m×矢量I1×V1
=m[(r2/S+r1)/((r2/S+r1)2+x2)+g0
-j{x/((r2/S+r1)2+x2)+b0}V12 (4)
因为由式4的实数部分给出一次输入功率，
一次输入功率p1={r2/S+r1}/((r2/S+r1)2+x2)
+g0}m V12 (5)
二次复数功率矢量pa2由下式给出
矢量pa2=m(矢量I2 V1-I22r1)
=m[(r2/S)/((r2/S+r1)2+x2)
-j{x/((r2/S+r1)2+x2)}]V12 (6)
因为由式6的实数部分给出二次输入功率，
二次输入功率p2={r2/S/((r2/S+r1)2+x2)}m V12 (7)
二次损失P21=mI22 r2=r2/((r2/S+r1)2+x2)m V12 (8)
机械损失P0=p2-P21
=r2(1-S)/S/((r2/S+r1)2+x2)}m V12 (9)
效率η=P0/p1
=r2(1-S)/S/{r2/S+r1+g0((r2/S+r1)2+x2)} (10)
通过对表达式(10)的效率η用转差率S进行微分并使电机转差率
S的值为0得到提供最高效率的转差率，该转差率SηMAX由下式给出：
SηMAX=[r2[g02{(r1+r2)2+x2}+g0(r1+r2)]1/2-
g0 r22]/[g0{(r1+r2)2+x2-r22}+r1+r2] (11)
因为式(11)仅是电机常数和频率的函数，所以只要频率被确定
便不受负载和输入电压的影响。因而，如果电机被如此控制，使得维
持最佳转差率SηMAX，便可以在最高效率下运行。
不过，为了从式(11)计算最佳转差率，必须知道电机常数。此
外，即使知道电机常数，因为需要大量的计算，而进行这样复杂的计
算对CPU是个极大的负担，因而是不实际的。因此，使用下面的近似。
因为在表达式(11)中，
g0{(r1+r2)2+x2}和g0{(r1+r2)2+x2-r22}在大于1Hz的频率下比(r1+r2)
足够小，所以它们被忽略，因而式(11)可写成
SηMAX=[r2{g0(r1+r2)]1/2-g0 r22}/(r1+r2) (12)
此外，因为在式(12)的分子中的r2{g0(r1+r2)}1/2远大于g0r22，
所以可以忽略，因而式(12)可写成
SηMAX=r2{g0(r1+r2)]1/2
={rm/2/7π/(r1+r2)}1/2r2/Lm/f1/2
=K0/f1/2 (13)
(其中K0={rm/2/π/(r1+r2)}1/2r2/Lm)
具体地说，可以认为，最佳转差率SηMAX和频率的平方根的倒数成正比
地增加。因而，如果当频率是额定频率f0时的最佳转差率SηMAX已知，
则在任意频率f下的最佳转差率S1由下式计算：
S1=SηMAX(f0/f)1/2 (14)
下面参照表示本发明的一个实施例的电路结构的方块图说明本发
明的实施例。图2表示本发明应用于矢量控制时的实施例。参见图2，
标号1和5代表除法器，2是方根计算器，3是乘法器，4是频率-同
步速度转换器，6是增益系数乘法器，7是滤波器。此外，标号φref代
表磁通指令(改变之前)，φout代表改变之后的磁通指令。标号SηMAX
代表在额定频率下提供最高效率的转差率。近来矢量控制涉及自动调
整功能，即使通过自动调整规定的额定转差率被用作提供最高效率的
转差率SηMAX，也不会发生显著的误差。此外，标号fn代表额定频率，f
代表运行频率，Nfb代表速度反馈值。
下面说明本实施例的控制。
根据式(14)，在除法器1用运行频率f除频率fn，由方根计算
器2确定的除法结果的方根值在乘法器3乘以在额定频率下提供最高
效率的转差率SηMAX，从而确定在运行频率下的最佳转差率Sf。
同时，在频率-同步速度转换器4，运行频率f乘以120/p(电机
的极数)，从而确定同步旋转频率Nf，从同步旋转频率Nf减去速度反
馈值Nfb而获得的值在除法器5除以同步频率Nf，从而确定电机的转差
率Sdet。从最佳转差率Sf减去电机的这个转差率Sdet而获得的值在乘法
器6乘以增益系数K，使所得之积通过滤波器，以便进行稳定控制，然
后，从磁通指令φref减去之，从而获得磁通指令φout。
当转差率Sdet小于最佳转差率Sf时，因为磁通很小，所以通过改
变输出电压进行控制使转差率Sdet接近最佳转差率Sf。用这种方式，使
电机运行在最高效率下。
增益系数K按下述方式确定。
当不进行节能控制时，可以利用输出电压V1，转差率S1，最高电
机效率电压V2和转差率S2，并利用
K=(V1-V2)(S2-S1)计算增益系数K。
因为V1,V2,S1，和S2随最佳转差率和额定运行时的负载而变化，
所以K值必须被相应地改变。
当相对于最佳转差率和负载系数的系数K的值使用0.4-55kw的电
机被计算时，研究了它们之间的关系，系数K的值和最佳转差率成反
比地增加，但和负载系数呈指数关系。在由曲线表示时，获得了如图3
所示的系数K。在图3中，横轴代表最佳转差率(％)，纵轴是增益系
数K，以负载系数(％)为参数。
在这种情况下，增益系数K的值是K=15480exp(-0.696TL)/SηMAX,
其中TL是负载转矩。