一種混合勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相量角控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種氣隙磁通與電流相量角控制策略，特別 是設(shè)及一種混合勵(lì)磁同步電機(jī)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混合勵(lì)磁同步電機(jī)是在永磁同步與電勵(lì)磁同步電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種寬 調(diào)速電機(jī)，其主要目的是為了解決永磁同步電機(jī)氣隙磁場難W調(diào)節(jié)的問題。混合勵(lì)磁同步 電機(jī)具有兩種勵(lì)磁源，一種是永磁體，另一種是電勵(lì)磁，永磁體產(chǎn)生的磁勢為主磁勢，勵(lì)磁 繞組產(chǎn)生的磁勢為輔磁勢。該種電機(jī)結(jié)合了永磁同步與電勵(lì)磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，兩種勵(lì)磁 源在電機(jī)氣隙中相互作用產(chǎn)生主磁通，當(dāng)電勵(lì)磁線圈通入正向的勵(lì)磁電流時(shí)，產(chǎn)生正向電 磁轉(zhuǎn)矩而增大了電機(jī)轉(zhuǎn)矩；反之，當(dāng)電勵(lì)磁線圈通入反向勵(lì)磁電流時(shí)，則產(chǎn)生反向磁場削弱 氣隙磁場達(dá)到弱磁升速的目的，從而拓寬了電機(jī)的調(diào)速范圍。
[0003] 目前，國內(nèi)外對于混合勵(lì)磁同步電機(jī)控制方法及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究較少，相關(guān)資料也 不是很多。基于矢量控制，基本可W歸為四類，一是i<i=〇控制，二是弱磁控制，S是效率優(yōu) 化控制，四是單位功率因數(shù)控制。前=類控制方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單方便，恒功率運(yùn)行范圍寬， 全運(yùn)行區(qū)域效率高；缺點(diǎn)是功率因數(shù)降低，端電壓升高等問題。單位功率因數(shù)控制雖然提高 了控制系統(tǒng)的功率因數(shù)，但伏安容量要求高，同樣對定子電壓要求也較高。而國內(nèi)外對于混 合勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相量角控制研究基本處于空白狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題；本發(fā)明提出了一種無論混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行在低速區(qū)還是高速區(qū)， 都保持氣隙磁通與電流相量角等于90°，降低了控制系統(tǒng)對定子電壓和伏安容量的需求、 提高了電網(wǎng)輸電效率的混合勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相量角控制方法。
[0005] 技術(shù)方案；本發(fā)明的混合勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相量角控制方法，包括W下步驟：
[0006] (1)從電機(jī)主電路采集相電流i。、ib和勵(lì)磁電流if，對電機(jī)進(jìn)行初始位置檢測，從 電機(jī)編碼器上采集信號，送入控制器進(jìn)行處理，得出轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置角0;
[0007] 似將采集的相電流i。、ib經(jīng)跟隨、濾波、偏置和A/D轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行帕克變換，得 到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子d軸電流id和q軸電流i。；
[000引 （3)用給定轉(zhuǎn)速減去編碼器實(shí)測轉(zhuǎn)速n，將得到的轉(zhuǎn)速偏差A(yù)n輸入速度調(diào)節(jié) 器，經(jīng)比例積分運(yùn)算后得到轉(zhuǎn)矩參考值I：，將轉(zhuǎn)矩參考值7：、實(shí)測轉(zhuǎn)速n和給定轉(zhuǎn)速nit入 電流分配器，根據(jù)轉(zhuǎn)速判斷電機(jī)運(yùn)行區(qū)間；當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，則混合勵(lì)磁同步電 機(jī)運(yùn)行于低速區(qū)，進(jìn)入步驟4)，否則，混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于高速區(qū)，進(jìn)入步驟5);
[0009] (4)判斷負(fù)載轉(zhuǎn)矩是否滿足TW，其中IY為負(fù)載轉(zhuǎn)矩、TW為額定轉(zhuǎn)矩；
[0010] 當(dāng)T擁，無需增磁控制，ifuf= 0,保持氣隙合成磁鏈與電流相量之間的夾角 0等于90°，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算d軸電流參考值iduf、q軸電流參考值iquf和勵(lì)磁 電流參考值ifuf，電流分配器按照求解得到的電流分配方案輸出電流，然后進(jìn)入步驟化）；
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種混合勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相量角控制方法，其特征在于，該方法包括 以下步驟： (1) 從電機(jī)主電路采集相電流ia、ib和勵(lì)磁電流i f，對電機(jī)進(jìn)行初始位置檢測，從電機(jī) 編碼器上采集信號，送入控制器進(jìn)行處理，得出轉(zhuǎn)速η和轉(zhuǎn)子位置角Θ ; (2) 將采集的相電流ia、ib經(jīng)跟隨、濾波、偏置和A/D轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行帕克變換，得到兩 相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子d軸電流idP q軸電流i (3) 用給定轉(zhuǎn)速n#減去編碼器實(shí)測轉(zhuǎn)速n，將得到的轉(zhuǎn)速偏差Λ η輸入速度調(diào)節(jié)器，經(jīng) 比例積分運(yùn)算后得到轉(zhuǎn)矩參考值2：，將轉(zhuǎn)矩參考值2：、實(shí)測轉(zhuǎn)速η和給定轉(zhuǎn)速nit入電流 分配器，根據(jù)轉(zhuǎn)速判斷電機(jī)運(yùn)行區(qū)間：當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，則混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn) 行于低速區(qū)，進(jìn)入步驟4)，否則，混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于高速區(qū)，進(jìn)入步驟5); (4) 判斷負(fù)載轉(zhuǎn)矩是否滿足T N，其中IY為負(fù)載轉(zhuǎn)矩、T N為額定轉(zhuǎn)矩； 當(dāng)T# T #寸，無需增磁控制，i fMf = 0,保持氣隙合成磁鏈與電流相量之間的夾角Θ等 于90°，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算d軸電流參考值idMf、q軸電流參考值和勵(lì)磁電流參 考值ifMf，電流分配器按照求解得到的電流分配方案輸出電流，然后進(jìn)入步驟（6):
當(dāng)?Υ> 1\時(shí)，進(jìn)行增磁控制，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算d軸電流參考值i dMf、q軸電流 參考值i_f和勵(lì)磁電流參考值i fMf，電流分配器按照求解得到的電流分配方案輸出電流，然 后進(jìn)入步驟（6):
其中，Φ exc= Φ n+Mfi&ef，itoef為d軸電流參考值，i _為q軸電流參考值，i ftef為勵(lì)磁 電流參考值；I^ni為永磁體磁鏈，P為電機(jī)極對數(shù)；I fN為勵(lì)磁電流額定值，L d、Lq分別為定子 繞組d軸和q軸電感，MfS電樞繞組與勵(lì)磁繞組之間的互感，T 為電磁轉(zhuǎn)矩參考值； (5) 采用d軸電流id和勵(lì)磁電流i ,同時(shí)弱磁，保持氣隙合成磁鏈與電流相量之間的夾 角Θ等于90°，電流分配器按照如下電流分配方案輸出電流，進(jìn)入步驟（ 6):
其中，為電角速度，U d。為母線電壓； (6)用電流分配器所產(chǎn)生的d軸電流參考值idMf減去步驟（2)中的d軸電流i d得到d 軸電流偏差Δ id，用q軸電流1_減去步驟⑵中的q軸電流i q得到q軸電流偏差Λ i q， 將所述d軸電流偏差Λ id輸入d軸電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分運(yùn)算，得到d軸電壓u d，將所述 q軸電流偏差Λ i,輸入q軸電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分運(yùn)算，得到q軸電壓U ,，然后對所述d 軸電壓叫和q軸電壓u ,共同進(jìn)行旋轉(zhuǎn)正交-靜止兩相變換后，得到靜止兩相坐標(biāo)系下α 軸電壓1和β軸電壓u ρ，將所述α軸電壓Uc^P β軸電壓u e輸入脈沖寬度調(diào)制模塊， 運(yùn)算輸出6路脈沖寬度調(diào)制信號，驅(qū)動(dòng)主功率變換器； 同時(shí)將步驟（1)中采集的勵(lì)磁電流if，經(jīng)跟隨、濾波、偏置與A/D轉(zhuǎn)換后和勵(lì)磁電流參 考值ifMf-起送入直流勵(lì)磁脈寬調(diào)制模塊，運(yùn)算輸出4路脈沖寬度調(diào)制信號來驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁功 率變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相角控制方法，其特征在 于，所述步驟6)中的脈沖寬度調(diào)制模塊為空間矢量脈沖寬度調(diào)制模塊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相量角控制方法，通過控制d軸電流id、q軸電流iq和勵(lì)磁電流if，保持氣隙磁通與電流相量角θ等于90°。電機(jī)運(yùn)行于低速區(qū)，根據(jù)負(fù)載大小控制控制id、iq和if使θ等于90°。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，勵(lì)磁電流為0，通過控制id和iq使θ等于90°；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，通過協(xié)調(diào)id、iq和if使θ等于90°。電機(jī)運(yùn)行于高速區(qū)時(shí)，利用id與if共同弱磁，通過id、iq和if協(xié)調(diào)控制θ等于90°?；旌蟿?lì)磁同步電機(jī)氣隙磁通與電流相量角控制方法使逆變器的容量得到充分利用，且對定子電壓和伏安容量要求較低，特別適用于大功率和大容量調(diào)速系統(tǒng)。
【IPC分類】H02P21-00, H02P27-08
【公開號】CN104767446
【申請?zhí)枴緾N201510170421
【發(fā)明人】林明耀, 趙紀(jì)龍
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月10日