一種電勵磁同步電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種電勵磁同步電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一些重要應(yīng)用場合，如電梯驅(qū)動、重型機(jī)床、礦山機(jī)械、船舶電力推進(jìn)，為了提高 控制精度和運(yùn)行可靠性，低速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動方式使用較多，同時，在電動汽車驅(qū)動中，短 時間歇性過載運(yùn)行方式期望電機(jī)能夠輸出高倍數(shù)的過載轉(zhuǎn)矩。在轉(zhuǎn)速及位置動態(tài)響應(yīng)要求 極高的場合，如高壓斷路器電動機(jī)驅(qū)動操動機(jī)構(gòu)，有效動作時間為數(shù)十ms，要求電機(jī)不但能 輸出多倍過載轉(zhuǎn)矩，并且轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度能達(dá)到ms量級。因此，提高電機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩能力 與動態(tài)過程中的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所面臨的兩大問題。對永磁電機(jī)而言，電樞 反應(yīng)會引起轉(zhuǎn)矩分量方向上的磁路飽和，限制了電機(jī)的過載能力，而轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度則取決 于定子電壓能力和電樞電感。異步電機(jī)沒有永磁同步電機(jī)重載運(yùn)行下的磁路飽和問題，同 時轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，氣隙磁鏈恒定控制下，最大轉(zhuǎn)矩受制于轉(zhuǎn)子漏感，同時異步電機(jī)磁鏈定 向準(zhǔn)確性一直是控制中的難題。電勵磁同步電機(jī)由于轉(zhuǎn)子繞組電壓可控，理論上不存在轉(zhuǎn) 子電流大小受限制的問題，重載下可以通過定、轉(zhuǎn)子電流的協(xié)調(diào)控制克服磁路飽和問題，過 載能力更強(qiáng)，同時能獲得漏感對應(yīng)的電流響應(yīng)速度，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快。在電勵磁同步電動機(jī) 已有的研究中，有阻尼繞組電勵磁同步電機(jī)使用更為廣泛，阻尼繞組可以加快轉(zhuǎn)矩電流響 應(yīng)速度，但動態(tài)過程中氣隙磁鏈定向矢量控制十分復(fù)雜，并且隨著動態(tài)過程的結(jié)束，阻尼繞 組電流逐步衰減，無法抵消定子電流電樞反應(yīng)作用，單純依靠阻尼繞組的作用難以輸出多 倍過載轉(zhuǎn)矩。而針對無阻尼繞組的電勵磁同步電機(jī)相關(guān)研究較少，主要圍繞傳統(tǒng)基本控制 策略的改善而展開，幾乎沒有相應(yīng)研究同時解決輸出轉(zhuǎn)矩能力和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度兩個問題。 本發(fā)明意在通過提出相應(yīng)的控制策略同時解決輸出轉(zhuǎn)矩能力和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度兩個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種電勵磁同步電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，該 方法是基于q軸氣隙磁鏈定向的電流協(xié)調(diào)控制方法；包括：
[0004] 1)首先dq軸定義如下，d軸方向?yàn)檗D(zhuǎn)子直流繞組軸線所在方向，q軸方向?yàn)槌?于d軸電角度90°方向；
[0005] 2)以定子交流繞組的q軸電流作為勵磁電流，用于產(chǎn)生氣隙磁場，維持定子氣隙 磁鏈為恒定值，該氣隙磁鏈恒定值決定定子q軸電流大??；
[0006] 3)轉(zhuǎn)子直流繞組位于d軸方向，轉(zhuǎn)子電流作為轉(zhuǎn)矩電流，與氣隙磁場共同作用，產(chǎn) 生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩指令及氣隙磁鏈指令決定轉(zhuǎn)子電流指令；
[0007] 4)定子交流繞組的d軸電流作為補(bǔ)償電流，使得d軸方向上的定、轉(zhuǎn)子氣隙磁動勢 對消，據(jù)此得到定子d軸電流指令；電流協(xié)調(diào)控制是指定子q軸電流基本維持恒定，而轉(zhuǎn)子 電流與定子d軸電流之間維持固定的比例，隨轉(zhuǎn)矩指令快速調(diào)節(jié)；
[0008] 5)根據(jù)電流傳感器檢測到的定子三相電流ia、ib、i。及進(jìn)行abc/dq坐標(biāo)變換，以 轉(zhuǎn)子位置角Θ計(jì)算得到三相電流的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的值isd，isq。
[0009] 所述氣隙磁鏈指令值Φ /與轉(zhuǎn)矩指令值T /通過矢量控制器完成電流協(xié)調(diào)控制； 從而得到定、轉(zhuǎn)子電流指令部分的計(jì)算內(nèi)容，即：根據(jù)氣隙磁鏈指令值，按照公式
· 算定子q軸電流指令值，并按照公式<
計(jì)算定子d軸電流指令值；根據(jù)轉(zhuǎn)矩 指令值7Λ按照公式
十算轉(zhuǎn)子電流指令值；根據(jù)定子d軸電流與轉(zhuǎn)子電流 的d軸方向，確定定、轉(zhuǎn)子氣隙磁動勢對消；
[0010] 其中，y/為轉(zhuǎn)子電流指令值，φ /為定子氣隙磁鏈指令值，TT為轉(zhuǎn)矩指令，Ld5為 定子d軸電樞反應(yīng)電感，Mafd為定子A相繞組軸線與轉(zhuǎn)子繞組d軸軸線對齊時定子A相繞組 與轉(zhuǎn)子繞組之間的互感，np為電機(jī)極對數(shù)。
[0011] 所述電流指令is/、isq' i/分別與坐標(biāo)變換后的定子dq軸電流i sd、isq與檢測的 轉(zhuǎn)子電流if經(jīng)過差運(yùn)算，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到定子dq軸電壓指令u s/、iC和轉(zhuǎn)子電壓指令 氺
Uf O
[0012] 根據(jù)氣隙磁鏈指令值，按照公式* t算定子q軸電流指令值。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是通過采用q軸氣隙磁鏈定向的電流協(xié)調(diào)控制方法，使得d軸 方向定、轉(zhuǎn)子氣隙磁動勢對消，克服了重載情況下轉(zhuǎn)矩電流方向磁路的飽和，基本維持了輸 出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩電流之間的線性關(guān)系，提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力，同時加快了轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速 度。此外，氣隙磁鏈恒定控制不會造成重載下定子電壓進(jìn)一步提升，降低了對變頻器輸出電 壓容量的要求。使輸出轉(zhuǎn)矩能力和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度兩個問題得到解決。
【附圖說明】
[0014] 圖1電勵磁同步電機(jī)電流協(xié)調(diào)控制方法框圖
[0015] 圖2電勵磁同步電機(jī)主電路結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種電勵磁同步電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法，通過d軸方向定 轉(zhuǎn)子氣隙磁動勢對消，克服了重載情況下轉(zhuǎn)矩電流方向磁路的飽和，提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn) 矩能力，同時加快了轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度。
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述：【具體實(shí)施方式】如下：
[0018] 如圖1所示為本發(fā)明電流協(xié)調(diào)控制方法框圖，圖2為電勵磁同步電機(jī)主電路結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [0019] 如下：
[0020] 根據(jù)圖1所示電流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)框圖，控制系統(tǒng)給定為氣隙磁鏈指令值Φ /與轉(zhuǎn) 矩指令值T/，輸入到電流協(xié)調(diào)控制運(yùn)算器，得到定子d軸電流指令值is/、定子q軸電流指 令值i:、轉(zhuǎn)子電流指令值i/。定子三相繞組電流檢測值i a、ib、i。、轉(zhuǎn)子電流檢測值if和旋 變或碼盤檢測到的電勵磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角Θ輸入到dq/abc坐標(biāo)變換模塊，輸出為定 子d軸電流檢測值isd，定子q軸電流檢測值isq。定子d軸電流指令值is/與定子d軸電 流檢測值i sd經(jīng)過減法運(yùn)算器，輸入到d軸PI調(diào)節(jié)器，輸出為d軸電壓指令u s/;定子q軸 電流指令值與定子q軸電流檢測值i sq經(jīng)過減法運(yùn)算器，輸入到q軸PI調(diào)節(jié)器，輸出為 q軸電壓指令U:;轉(zhuǎn)子電流指令值i /與轉(zhuǎn)子電流檢測值i f經(jīng)過減法運(yùn)算器，輸入到轉(zhuǎn)子 PI調(diào)節(jié)器，輸出為轉(zhuǎn)子電壓指令u/。電壓指令