專利名稱：隱極式永磁同步電機磁鏈自適應直接轉矩控制方法
技術領域：
本發(fā)明所涉及的是一種適用于隱極式永磁同步電機的磁鏈自適應直接轉矩控制 方法，屬永磁同步電機直接轉矩控制應用方法
背景技術：
永磁同步電機因其損耗小、效率高、功率密度高等諸多優(yōu)點使得其應用范圍幾乎 涵蓋了航空航天、國防、工業(yè)以及日常生活的各個領域，特別是在高性能交流調速場合，永 磁同步電機的應用范圍進一步擴大。直接轉矩控制方法不要求嚴格的磁場定向，省去了電流環(huán)，對電機參數依賴低，能 夠實現(xiàn)對電機轉矩的直接控制，動態(tài)性能優(yōu)良，受到了廣泛關注。1997年在美國IEEE PE雜志上公開了一種永磁同步電機直接轉矩控制方案。隨 后，國內外技術人員對該技術進行了深入研究，取得了很多成果。縱觀所取得的研究成果， 雖然在具體實現(xiàn)方法上各有特點，但大多通過保持定子磁鏈幅值恒定，迅速控制轉矩角實 現(xiàn)對電機轉矩的有效控制。傳統(tǒng)永磁同步電機直接轉矩控制方法在額定條件下運行時，定 子磁鏈給定一般為其額定值，而當電機空載運行時，電機轉矩僅用來克服摩擦阻力的影響， 如果仍然要求保持定子磁鏈為其額定值，則在空載情況下需要提供額外的定子無功電流來 保持定子磁鏈幅值恒定，而無功電流的引入必然導致電機功率因數降低，因此，有必要研究 永磁同步電機直接轉矩控制方法中定子磁鏈新的控制方法，以保證永磁同步電機具有良好 動態(tài)性能的同時電機功率因數得到有效提高。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)隱極式永磁同步電機直接轉矩控制在電機空載和輕載 運行時功率因數偏低的問題，以保證電機在具有良好動態(tài)性能的同時也具有很高的功率因數。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是，硬件系統(tǒng)由主回路，檢測回路，控制回路 三大部分組成。主回路由隱極式永磁同步電機與功率變換器串聯(lián)，將功率變換器接到供電 電網；檢測回路由電流傳感器和電壓傳感器組成；控制回路由模數轉換器連于基于數字信 號處理器(DSP)的控制單元，產生功率變換器所需的驅動信號，再連于與功率變換器相連 的變換器控制信號處理單元所組成。在檢測回路中，采用無速度傳感器技術實現(xiàn)對電機轉 速的閉環(huán)控制；在控制回路中不需要電流閉環(huán)控制。隱極式永磁同步電機磁鏈自適應直接轉矩控制方法，其特征在于，隱極式永磁同 步電機轉矩取決于定子磁鏈幅值和轉矩角二者共同作用的結果，由于永磁同步電機轉子永 磁體磁鏈恒定，而定子磁鏈幅值和轉矩角正弦值二者的乘積即為定子磁鏈交軸分量，則電 機轉矩直接和定子磁鏈交軸分量成正比，通過控制定子磁鏈交軸分量即可實現(xiàn)對電機轉矩 的直接控制，而對定子磁鏈直軸分量沒有要求。由于定子磁鏈交直軸分量直接和電流交直 軸分量相關，而電機電流直軸分量沒有參與電機轉矩的產生，額外的直軸電流分量會增加無功電流分量，降低電機功率因數，從保持電機轉矩響應的快速性同時提高電機運行的功 率因數角度對定子磁鏈給定進行控制。根據直接轉矩控制方法中的轉矩觀測器首先得到電 機實際轉矩，由電機實際轉矩確定所需的定子磁鏈交軸分量，由于定子電流的直軸分量沒 有參與電機轉矩的產生，從盡量減小無功電流角度確定定子磁鏈直軸分量為轉子永磁體磁 鏈，合成定子磁鏈交軸分量和定子磁鏈直軸分量最終得到直接轉矩控制方法中的定子磁鏈 給定值，以該給定值作為直接轉矩控制中的磁鏈給定實現(xiàn)電機定子磁鏈隨電機轉矩的變化 而自適應的變化，在保證電機轉矩響應快速性的同時實現(xiàn)電機高功率因數運行。
圖1永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)硬件組成框圖。圖2永磁同步電機相量圖。圖3定子繞組為三角形連接的永磁同步電機電壓矢量和定轉子磁鏈位置示意圖。圖1中各框圖內的編號名稱分別是；1、永磁同步電機，2、功率變換器，3、變換器控 制電路，4、基于數字信號處理器的控制單元，5、模數轉換器A/D，6、電流傳感器和電壓傳感
ο圖2中符號名稱， >_端電壓相量，} ~電機電流相量，i; _電機空載反電勢相量， θ m_電機端電壓相量和電機電流相量之間的夾角，即功率因數角，θ ΕΙ-電機電流相量和空 載反電勢相量之間的夾角，即為內功率因數角，S -電機端電壓相量和空載反電勢相量之間 的夾角，即為轉矩角。圖3中符號名稱α β _兩相靜止坐標系，￥s-電機定子磁鏈幅值，θ se-定子磁鏈 相對于α軸角度，Vf-轉子永磁體磁鏈，θ -轉子磁鏈相對于α軸角度，δ-定子磁鏈和 轉子磁鏈之間的夾角，Vl V6-六個運動電壓矢量。具體實施方法根據附圖敘述本發(fā)明的具體實施方式
、工作原理和工作過程本發(fā)明所提出的隱極式永磁同步電機磁鏈自適應直接轉矩控制方法基于圖1所 示永磁同步電機直接轉矩控制硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)，該硬件系統(tǒng)包括由隱極式永磁同步電機1、 功率變換器2 二者連接而成的主回路；由電流傳感器和電壓傳感器6組成的檢測回路，由模 數轉換器A/D 5連于基于數字信號處理器(DSP)的控制單元4后再連于變換器控制信號3 所組成的控制回路。功率變換器可由分立的IGBT功率管或功率場效應管組成，也可由集成 的智能功率模塊(IPM)構成；電流電壓傳感器為霍爾傳感器，或為采樣電阻。傳感器將主回 路上的電流和電壓轉變?yōu)槿蹼姷哪M電壓信號，進入模數轉換器A/D，由它將模擬信號轉換 為數字信號，再送給DSP控制單元所用。根據采樣得到的信號計算出定子磁鏈和轉矩，通過 磁鏈和轉矩調節(jié)器選擇最優(yōu)電壓矢量，經由變換器控制信號3，發(fā)出驅動信號控制主回路中 的功率變換器。在控制回路中沒有電流閉環(huán)并采用無速度傳感器技術實現(xiàn)對電機轉速的閉 環(huán)控制。在圖1所示硬件平臺上進行永磁同步電機磁鏈自適應直接轉矩控制方法的具體 實現(xiàn)，結合附圖敘述本發(fā)明提出的隱極式永磁同步電機磁鏈自適應直接轉矩控制方法基本 原理及設計過程如下對于隱極式永磁同步電機，其轉矩如式⑴所示，
權利要求
一種隱極式永磁同步電機磁鏈自適應直接轉矩控制方法，其特征在于，從提高電機功率因數同時保持快速的轉矩響應的角度，對隱極式永磁同步電機直接轉矩控制中的定子磁鏈進行動態(tài)控制，電機定子磁鏈由直軸分量和交軸分量組成，由于定子磁鏈的交軸分量和電機轉矩成正比，由電機轉矩確定定子磁鏈交軸分量，而由于對定子磁鏈直軸分量沒有要求，為降低無功電流分量，提高電機功率因數，定子磁鏈的直軸分量取轉子永磁體磁鏈的量值，由這樣得到的定子磁鏈交、直軸分量合成得到直接轉矩控制所需要的定子磁鏈幅值給定，該定子磁鏈給定隨著電機負載轉矩的變化而自適應變化，在保證轉矩響應快速性的同時實現(xiàn)永磁同步電機高功率因數運行。
全文摘要
一種隱極式永磁同步電機磁鏈自適應直接轉矩控制方法，該方法首先根據轉矩觀測器觀測得到的電機轉矩確定在一定的負載轉矩下所需的定子磁鏈交軸分量，從減小電機直軸電流提高功率因數角度出發(fā)以轉子永磁體磁鏈作為定子磁鏈直軸分量，合成定子磁鏈直交軸分量最終得到直接轉矩控制方法中的定子磁鏈給定，該定子磁鏈給定隨著電機負載轉矩的變化而自適應變化，在保證轉矩響應快速性的同時實現(xiàn)永磁同步電機高功率因數運行。
文檔編號H02P21/14GK101938245SQ201010269189
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權日2010年9月1日
發(fā)明者楊建飛, 胡育文 申請人:南京航空航天大學