永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法、裝置及系統(tǒng)，由拖車速度獲得PMSM的反電勢(shì)。將反電勢(shì)與逆變器側(cè)的電壓進(jìn)行比較，如果反電勢(shì)高于逆變器側(cè)的電壓則不允許PMSM帶速重投，反之允許PMSM帶速重投。PMSM帶速重投即將隔離接觸器閉合，禁止PMSM帶速重投即將隔離接觸器斷開。因此，本發(fā)明根據(jù)ωe的大小，分為低速和中高度兩個(gè)工況來計(jì)算轉(zhuǎn)子位置角，不同工況對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)子位置角，由轉(zhuǎn)子位置角啟動(dòng)PMSM。從系統(tǒng)角度出發(fā)提出了全面控制方法，在PMSM高速段禁止帶速重投，中高速段采用一次短路法計(jì)算轉(zhuǎn)子位置角來確定重投點(diǎn)位置，低速段采用INFORM法計(jì)算轉(zhuǎn)子位置角來確定重投點(diǎn)的位置。
【專利說明】永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法、裝置及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步電機(jī)(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor)傳動(dòng)系統(tǒng)是指以PMSM為控制對(duì)象，通過調(diào)頻調(diào)壓方式控制永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的一種新型傳動(dòng)系統(tǒng)。相對(duì)于傳動(dòng)的以異步電機(jī)為控制系統(tǒng)的交流傳動(dòng)系統(tǒng)而言，PMSM傳動(dòng)系統(tǒng)有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度大，低速輸出扭矩大，效率高，維護(hù)方便等一系列交流電機(jī)無(wú)法媲美的優(yōu)勢(shì)，正逐漸取代異步電機(jī)交流傳動(dòng)系統(tǒng)，成為未來的主流。
[0003]參見圖1，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中的PMSM傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖。
[0004]軌道交通永磁牽引系統(tǒng)主要可以包括控制單元100、逆變器200、隔離接觸器300和永磁同步電機(jī)400。
[0005]其中，控制單元100主要用于控制逆變器200的運(yùn)行，發(fā)送PWM脈沖信號(hào)以控制逆變器200中各個(gè)管子的開關(guān)狀態(tài)，使逆變器200輸出需要的電壓為永磁同步電機(jī)400提供電源；
[0006]其中隔離接觸器300連接于逆變器200和永磁同步電機(jī)400之間；控制單元100還用于控制隔離接觸器的開關(guān)狀態(tài)，以控制逆變器200和永磁同步電機(jī)400之間的連接關(guān)
系O
[0007]PMSM400采用永磁體勵(lì)磁，PMSM400只要旋轉(zhuǎn)就會(huì)在電機(jī)端產(chǎn)生反電勢(shì)，利用公式表示如下:
[0008]E0=CoeVf (I)
[0009]其中，Etl為PMSM400反電動(dòng)勢(shì)；ωε為PMSM400轉(zhuǎn)子電角速度；Vf為永磁體磁鏈。
[0010]從公式(I)可以看出反動(dòng)勢(shì)Etl幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成嚴(yán)格的正比關(guān)系。
[0011]因此，當(dāng)PMSM400高速旋轉(zhuǎn)時(shí)反電動(dòng)勢(shì)將有可能比逆變器200直流側(cè)電壓還要高，如果PMSM400空轉(zhuǎn)且在PMSM400端與逆變器400之間沒有隔離接觸器300斷開而是直接導(dǎo)通，則逆變器400的電容將全部承受PMSM400旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超高反電動(dòng)勢(shì)，給逆變器400的電容帶來?yè)p壞風(fēng)險(xiǎn)。
[0012]當(dāng)逆變器400有故障發(fā)生時(shí)，如果逆變器400依然被連接到帶電壓的PMSM400端，則有可能給逆變器400帶來二次損害。所以在軌道交通及其他的一些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都會(huì)在PMSM400與逆變器400之間加裝隔離接觸器300。
[0013]帶速度重新投入指的是在PMSM400帶速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，將逆變器400投入，即隔離接觸器300閉合，將逆變器400與PMSM400進(jìn)行連接。
[0014]永磁同步電機(jī)的矢量控制一般通過檢測(cè)或估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通的位置及幅值來控制定子電流或電壓，它的轉(zhuǎn)子磁通位置與轉(zhuǎn)子機(jī)械位置相同，故通過檢測(cè)轉(zhuǎn)子電流的實(shí)際位置就可以得出轉(zhuǎn)子的磁通位置，相比異步電機(jī)的矢量控制簡(jiǎn)單一些，在目前對(duì)轉(zhuǎn)子位置的測(cè)量中，一般采用機(jī)械位置傳感器，但是該方法成本高，增大了電機(jī)的體積，使得電機(jī)的抗干擾性降低，同時(shí)受溫度，振動(dòng)等環(huán)境條件的限制較大，不利于電機(jī)的廣泛應(yīng)用，因此對(duì)于無(wú)位置傳感器的研究成了永磁同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)熱點(diǎn)。對(duì)于無(wú)位置傳感器的研究一般采用直接計(jì)算、觀測(cè)器基礎(chǔ)上的估算方法、模型參考自適應(yīng)、人工智能等方法。
[0015]無(wú)論上面的哪種方法都是在電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來之后即閉環(huán)控制建立起來之后的某種位置估算方案。而帶速度重新投入的關(guān)鍵是在電機(jī)穩(wěn)定閉環(huán)控制還沒有建立起來之前就必須檢測(cè)或計(jì)算出投入點(diǎn)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與速度，這樣才能保證電機(jī)投入后閉環(huán)控制系統(tǒng)能迅速、穩(wěn)定的建立起來。
[0016]并且，以上所有方法沒有一個(gè)是從系統(tǒng)角度考慮問題，也沒有考慮重投時(shí)隔離接觸器的投入邏輯。無(wú)法保證永磁同步電機(jī)投入后閉合控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法，能夠保證永磁同步電機(jī)投入后閉合控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例提供一種永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法，包括以下步驟:
[0019]判斷永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)是否大于逆變器側(cè)的電壓；
[0020]如果永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)大于逆變器側(cè)的電壓，則控制隔離接觸器斷開，禁止重投操作；
[0021]如果永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)小于或等于逆變器側(cè)的電壓，則繼續(xù)判斷永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否大于預(yù)定轉(zhuǎn)速；
[0022]如果永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則控制永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)，由永磁同步電機(jī)短路狀態(tài)的三相電流最高幅值獲得α _β靜止坐標(biāo)系的電流角度，由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流角度，dq坐標(biāo)系的電流角度與靜止坐標(biāo)系的電流角度的差為轉(zhuǎn)子位置角；由該轉(zhuǎn)子位置角啟動(dòng)永磁同步電機(jī)；
[0023]如果永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于或等于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則給永磁同步電機(jī)施加不同方向的電壓空間矢量，測(cè)量永磁同步電機(jī)的三相電流，由永磁同步電機(jī)的三相電流來獲得轉(zhuǎn)子位置角，由該轉(zhuǎn)子位置角啟動(dòng)永磁同步電機(jī)。
[0024]優(yōu)選地，所述控制永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)，由永磁同步電機(jī)短路狀態(tài)的三相電流最高幅值獲得α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度，由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流角度，dq坐標(biāo)系的電流角度與α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度的差為轉(zhuǎn)子位置角，具體為:
[0025]施加零電壓矢量，使永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)；
[0026]由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流:
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 判斷永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)是否大于逆變器側(cè)的電壓； 如果永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)大于逆變器側(cè)的電壓，則控制隔離接觸器斷開，禁止重投操作； 如果永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)小于或等于逆變器側(cè)的電壓，則繼續(xù)判斷永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否大于預(yù)定轉(zhuǎn)速； 如果永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則控制永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)，由永磁同步電機(jī)短路狀態(tài)的三相電流最高幅值獲得α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度，由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流角度，dq坐標(biāo)系的電流角度與α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度的差為轉(zhuǎn)子位置角；由該轉(zhuǎn)子位置角啟動(dòng)永磁同步電機(jī)； 如果永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于或等于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則給永磁同步電機(jī)施加不同方向的電壓空間矢量，測(cè)量永磁同步電機(jī)的三相電流，由永磁同步電機(jī)的三相電流來獲得轉(zhuǎn)子位直角，由該轉(zhuǎn)子位直角啟動(dòng)永磁冋步電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法，其特征在于，所述控制永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)，由永磁同步電機(jī)短路狀態(tài)的三相電流最高幅值獲得α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度，由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流角度，dq坐標(biāo)系的電流角度與α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度的差為轉(zhuǎn)子位置角，具體為: 施加零電壓矢量，使永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)； 由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流: 其中，Tsh為永磁同步電機(jī)處于 短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間；Ld、Lq分別為直軸同步電感和交軸同步電感；Ctf為永磁體磁鏈；id、iq分別是定子電流在d軸和q軸上的分量，分別稱為直軸電流和交軸電流； 將所述三相電流最高幅值在α - β靜止坐標(biāo)系下分解為ia、U，定義Aafi為\,在α - β靜止坐標(biāo)系的角度； 所述三相電流最高幅值在dq坐標(biāo)系的角度為~所述轉(zhuǎn)子位置角為
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法，其特征在于，所述給永磁同步電機(jī)施加不同方向的電壓空間矢量，測(cè)量永磁同步電機(jī)的三相電流，具體為: 依次不間斷地施加電壓空間矢量UpS54各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的A相電流； 封鎖逆變器的驅(qū)動(dòng)脈沖N毫秒；N為預(yù)定整數(shù)； 依次不間斷地施加電壓空間矢量七2和<5各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的B相電流； 封鎖逆變器的驅(qū)動(dòng)脈沖N毫秒； 依次不間斷地施加電壓空間矢量G和R6各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的C相電流； 其中，1、、^3、圮4、I和圮6依次為逆時(shí)針方向依次相差60度的空間矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法，其特征在于，所述由永磁同步電機(jī)的三相電流來獲得轉(zhuǎn)子位置角，具體為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制方法，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)由以下公式計(jì)算:
E0= ? e V f 其中，Etl為永磁同步電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；0^為永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子電角速度；UTf為永磁體磁鏈。
6.一種永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制裝置，其特征在于，包括:電壓判斷單元、隔離接觸器控制單元、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速判斷單元、中高速時(shí)轉(zhuǎn)子位置角獲得單元和低速時(shí)轉(zhuǎn)子位置角獲得單元； 所述電壓判斷單元，用于判斷永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)是否大于逆變器側(cè)的電壓；所述隔離接觸器控制單元，當(dāng)所述電壓判斷單元判斷永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)大于逆變器側(cè)的電壓，則控制隔離接觸器斷開，禁止重投操作； 所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速判斷單元，當(dāng)所述電壓判斷單元判斷所述永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)小于或等于逆變器側(cè)的電壓，用于判斷永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否大于預(yù)定轉(zhuǎn)速； 所述中高速時(shí)轉(zhuǎn)子位置角獲得單元，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速判斷單元判斷永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，用于控制永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)，由永磁同步電機(jī)短路狀態(tài)的三相電流最高幅值獲得α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度，由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流角度，dq坐標(biāo)系的電流角度與α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度的差為轉(zhuǎn)子位置角；由該轉(zhuǎn)子位置角啟動(dòng)永磁同步電機(jī)； 所述低速時(shí)轉(zhuǎn)子位置角獲得單元，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速判斷單元判斷永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于或等于預(yù)定轉(zhuǎn)速，用于給永磁同步電機(jī)施加不同方向的電壓空間矢量，測(cè)量永磁同步電機(jī)的三相電流，由永磁同步電機(jī)的三相電流來獲得轉(zhuǎn)子位置角，由該轉(zhuǎn)子位置角啟動(dòng)永磁同步電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制裝置，其特征在于，所述中高速時(shí)轉(zhuǎn)子位置角獲得單元包括: 電機(jī)短路控制子單元，用于施加零電壓矢量，使永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)； 電機(jī)短路電流在α-β靜止坐標(biāo)系的角度獲得子單元，用于由以下公式獲得電流在α_β靜止坐標(biāo)系的角度； 由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流:
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制裝置，其特征在于，所述低速時(shí)轉(zhuǎn)子位置角獲得單元包括:電壓空間矢量施加子單元、三相電流獲得子單元和驅(qū)動(dòng)脈沖封鎖子單元； 所述電壓空間矢量施加子單元，用于依次不間斷地施加電壓空間矢量US1和US4各預(yù)定時(shí)間段；所述三相電流獲得子單元，用于獲得永磁同步電機(jī)的A相電流；所述驅(qū)動(dòng)脈沖封鎖子單元，用于封鎖逆變器的驅(qū)動(dòng)脈沖N毫秒；Ν為預(yù)定整數(shù)； 所述電壓空間矢量施加子單元，用于依次不間斷地施加電壓空間矢量US3和US5各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的B相電流；所述驅(qū)動(dòng)脈沖封鎖子單元，用于封鎖逆變器的驅(qū)動(dòng)脈沖N毫秒；N為預(yù)定整數(shù)； 所述電壓空間矢量施加子單元，用于依次不間斷地施加電壓空間矢量A3和圮6各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的C相電流； 其中US1、US2、US3、US4、US5和US6隊(duì)次為逆時(shí)針方向依次相差60度的空間矢量。
9.一種永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:控制單元、永磁同步電機(jī)、逆變器和隔離接觸器； 所述控制單元，用于控制隔離接觸器的導(dǎo)通狀態(tài)；所述隔離接觸器連接在所述逆變器和所述永磁同步電機(jī)之間； 所述控制單元，還用于輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，以控制逆變器中管子的開關(guān)狀態(tài)； 所述控制單元，還用于判斷永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)是否大于逆變器側(cè)的電壓；如果永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)大于逆變器側(cè)的電壓，則控制隔離接觸器斷開，禁止重投操作；如果永磁同步電機(jī)的反電勢(shì)小于或等于逆變器側(cè)的電壓，則繼續(xù)判斷永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否大于預(yù)定轉(zhuǎn)速；如果永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則控制永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)，由永磁同步電機(jī)短路狀態(tài)的三相電流最高幅值獲得α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度，由永磁同步電機(jī)處于短路狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間計(jì)算dq坐標(biāo)系的電流角度，dq坐標(biāo)系的電流角度與α-β靜止坐標(biāo)系的電流角度的差為轉(zhuǎn)子位置角；由該轉(zhuǎn)子位置角啟動(dòng)永磁同步電機(jī)；如果永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于或等于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則給永磁同步電機(jī)施加不同方向的電壓空間矢量，測(cè)量永磁同步電機(jī)的三相電流，由永磁同步電機(jī)的三相電流來獲得轉(zhuǎn)子位直角，由該轉(zhuǎn)子位直角啟動(dòng)永磁冋步電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的永磁同步電機(jī)帶速重新投入的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元給永磁同步電機(jī)施加不同方向的電壓空間矢量，測(cè)量永磁同步電機(jī)的三相電流，具體為: 依次不間斷地施加電壓空間矢量US1和US4各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的A相電流； 封鎖逆變器的驅(qū)動(dòng)脈沖N毫秒；Ν為預(yù)定整數(shù)； 依次不間斷地施加電壓空間矢量元US2和US5各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的B相電流；封鎖逆變器的驅(qū)動(dòng)脈沖N毫秒； 依次不間斷地施加電壓空間矢量〃和<6各預(yù)定時(shí)間段，獲得永磁同步電機(jī)的C相電流； 其中，〃μsi、"_.c、I'。' 〃、4、"V和"依次為逆時(shí)針方向依次相差60度的空間矢量。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK103516281SQ201310512095
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】馮江華, 劉可安, 許峻峰, 尚敬, 文宇良, 何亞屏, 張朝陽(yáng), 劉雄, 南永輝, 劉華東, 肖磊, 鄭漢鋒 申請(qǐng)人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司