一種雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法，該方法通過將轉子


軸控制電壓經(jīng)2r/2s變換，得到兩相靜止 坐標系下的控制所需的轉子電壓，將此電壓作為參考電壓提供給SVPWM模塊，采用電壓空間矢量PWM（SVPWM）調制算法生成觸發(fā)脈沖驅動逆變器為轉子勵磁，間接使定子繞組從電網(wǎng)吸收無功進行定子勵磁，從而實現(xiàn)對雙饋電機的勵磁控制及零速帶載啟動控制。本發(fā)明解決了雙饋電機零速啟動采用轉子勵磁調節(jié)，雙饋電機轉子繞組端電壓過高，導致直流母線電壓值選取較大而需高電壓功率器件所帶來的成本投入過大問題，并且克服了采用傳統(tǒng)PI調節(jié)器作為零速控制器時，轉速及輸出轉矩抖動不穩(wěn)定問題。
【專利說明】一種雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雙饋電機的控制及啟動方法，尤其涉及一種雙饋電機勵磁控制及 零速啟動方法，屬于雙饋電機拖動控制【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術及自動控制理論的發(fā)展，采用大功率變流器和雙饋電機組成的 雙饋控制系統(tǒng)受到了廣泛的關注，特別適用于交流電機拖動及調速系統(tǒng)、變速恒頻雙饋風 力發(fā)電系統(tǒng)等領域，具備了功率因數(shù)可調、效率較高能優(yōu)點。雙饋調速系統(tǒng)中，雙饋電機定 子繞組與三相工頻電網(wǎng)相連，轉子繞組經(jīng)變流器與電源相連，通過控制轉子繞組電壓及電 流的幅值、相位、頻率來實現(xiàn)雙饋電機的控制。由于雙饋電機通過轉子側變流器來實現(xiàn)上 述控制，故轉子側變流器處理的功率為轉差功率。而在雙饋電機零速啟動時，雙饋電機的轉 差角速度等于定子角頻率，對應的轉差功率為雙饋電機全功率，此時轉子繞組端電壓最高， 需要變流器采用較高的直流母線電壓和較高電壓等級的功率開關器件，增加了設備成本投 入。
[0003] 與此同時，在零速條件下，雙饋控制系統(tǒng)用于拖動提升位勢性負載時，需要雙饋電 機在短時內(nèi)提供與負載相反的電磁轉矩。傳統(tǒng)的控制方法是給定電機轉速為零，采集電機 轉速的反饋信號，兩者的偏差經(jīng)PI調節(jié)器輸出控制所需的轉矩電流信號。為了保證較好的 零速啟動性能，需要增大直流母線電壓值來保持轉速及電磁轉矩量較小的抖動值，從而導 致需要采用較高電壓等級的功率開關器件，進一步擴大了變流器容量，增加了成本投入。
[0004] 另外，采用傳統(tǒng)PI調節(jié)器作為零速控制器，在雙饋電機的運行轉速接近零速乃至 零速時、輸出電磁轉矩不連續(xù)的情況下，PI調節(jié)器中的比例調節(jié)環(huán)P已不起作用，此時，僅 僅是PI調節(jié)器中的積分調節(jié)環(huán)I在發(fā)揮作用，不能滿足在全局條件下零速啟動的穩(wěn)定要 求。因此有必要對上述問題加以改進解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種雙饋電機勵磁控制及零速 啟動方法，該方法運行成本低、全局條件下零速啟動穩(wěn)定、易于實現(xiàn)。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為，一種雙饋電機勵磁控制及零速啟 動方法，包括以下步驟：
[0007] (1)采集三相定子繞組電壓及電流信號，確定定子磁鏈幅值及定子磁鏈角；
[0008] (2)通過定子磁鏈及互感參數(shù)，計算單轉子勵磁條件下轉子電流勵磁分量的給定 量：
[0009] (3)定義轉子勵磁電流的給定值為定子勵磁電流分量的給定量與轉子勵磁電流分 量的給定量之和，計算穩(wěn)態(tài)條件下轉子電流d軸分量，在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，求出轉 子勵磁電流的給定上限值；
[0010] (4)采集速度反饋信號，對雙饋電機進行初始轉矩電流觀測，計算初始轉矩電流給 定值；
[0011] (5)基于PI調節(jié)器實現(xiàn)轉子電流閉環(huán)控制，采用前饋補償策略，使得轉子電流 內(nèi)環(huán)實現(xiàn)解耦控制，同時，將轉子端電壓和轉子電流的關系轉變?yōu)楹唵蔚囊浑A慣性環(huán)節(jié)關 系；
[0012] (6)將轉子d、q軸控制電壓經(jīng)2r/2s變換，得到兩相靜止a 0坐標系下的控制所 需的轉子電壓，將此電壓作為參考電壓提供給SVPWM模塊，采用電壓空間矢量PWM(SVPWM) 調制算法生成觸發(fā)脈沖驅動逆變器為轉子勵磁，間接使定子繞組從電網(wǎng)吸收無功進行定子 勵磁，從而實現(xiàn)對雙饋電機的勵磁控制及零速帶載啟動控制。
[0013] 進一步，步驟（1)為消除采用純積分器帶來的積分初值及直流分量的影響，采用 三個一階低通濾波器級聯(lián)構建定子磁鏈觀測器，其對應傳遞函數(shù)為：

【權利要求】
1. 一種雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟： (1) 采集三相定子繞組電壓及電流信號，確定定子磁鏈幅值及定子磁鏈角； (2) 通過定子磁鏈及互感參數(shù)，計算單轉子勵磁條件下轉子電流勵磁分量的給定量： (3) 定義轉子勵磁電流的給定值為定子勵磁電流分量的給定量與轉子勵磁電流分量的 給定量之和，計算穩(wěn)態(tài)條件下轉子電流d軸分量，在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，求出轉子勵 磁電流的給定上限值； (4) 采集速度反饋信號，對雙饋電機進行初始轉矩電流觀測，計算初始轉矩電流給定 值； (5) 基于PI調節(jié)器實現(xiàn)轉子電流閉環(huán)控制，采用前饋補償策略，使得轉子電流內(nèi)環(huán)實 現(xiàn)解耦控制，同時，將轉子端電壓和轉子電流的關系轉變?yōu)楹唵蔚囊浑A慣性環(huán)節(jié)關系； (6) 將轉子d、q軸控制電壓經(jīng)2r/2s變換，得到兩相靜止aP坐標系下的控制所需 的轉子電壓，將此電壓作為參考電壓提供給SVPWM模塊，采用電壓空間矢量PWM(SVPWM)調 制算法生成觸發(fā)脈沖驅動逆變器為轉子勵磁，間接使定子繞組從電網(wǎng)吸收無功進行定子勵 磁，從而實現(xiàn)對雙饋電機的勵磁控制及零速帶載啟動控制。
2. 根據(jù)權利要求1所述的雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法，其特征在于：步驟（1) 為消除采用純積分器帶來的積分初值及直流分量的影響，采用三個一階低通濾波器級聯(lián)構 建定子磁鏈觀測器，其對應傳遞函數(shù)為：
3. 根據(jù)權利要求1所述的雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法，其特征在于：步驟（3) 計算穩(wěn)態(tài)條件下轉子電流d軸分量，引入了雙饋電機定子電壓矢量^與dq坐標系d軸的 夾角9U，其計算公式為：
式中=Rs為雙饋電機定子電阻；Vs為定子磁鏈幅值；Lm為dq坐標系下繞組等效互感；LsS定子繞組等效自感。
4. 根據(jù)權利要求1所述的雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法，其特征在于：步驟（5) 具體過程如下： a)確定轉子端電壓和轉子電流的對應關系：
式中：《3為d，q坐標軸相對于轉子的角速度；u# 分別是轉子電壓在d，q軸的分量；iri，L分別是轉子電流在d，q軸的分量；L_"為d，q坐標系下繞組等效互感；Ls，L,分別為定 子、轉子繞組等效自感。 b)采用PI調節(jié)器作為內(nèi)環(huán)電流環(huán)的控制器，其輸出作為轉子電流動態(tài)項的控制，其控 制方程式如下：
d)采用前饋補償策略，使得雙饋電機轉子電流內(nèi)環(huán)實現(xiàn)解耦控制。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙饋電機勵磁控制及零速啟動方法，其特征在于：該方法適 用于變流器功率器件電壓等級及直流母線電壓小于控制雙饋電機啟動產(chǎn)生的轉子電壓的 場合。
【文檔編號】H02P27/08GK104506106SQ201410843869
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月30日 優(yōu)先權日:2014年12月30日
【發(fā)明者】譚國俊, 吳軒欽, 李 浩, 劉毅 申請人:徐州中礦大傳動與自動化有限公司