CN104333273B - 永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术。本发明是要解决现有的永磁同步电机工作在较高频率时，由于逆变器输出电压限制，以及电机控制电压空间矢量超出电压极限圆，或电机运行电流空间矢量超出电流极限圆导致不能有效升高电机转速的，提供了一种永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其技术方案可概括为：系统采样直流母线电压V_edc，计算得到控制电压分别为及其中，为d轴电压指令值，为q轴电压指令值，为电机工作电压，然后计算调制度再系统获取预设的弱磁控制深度系数并根据与的比较，实时调整d轴电流指令值和q轴电流指令值。本发明的有益效果是，控制稳定，适用于永磁同步电机。

Description

永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法

技术领域

本发明涉及电机技术，特别涉及永磁同步电机。

背景技术

永磁凸极同步电机(L_d不等于L_q的电机，且L_d<L_q)在工作运转过程中，其转速受到三个条件的限制，一是逆变器输出的电压限制，二是定子电流空间矢量不能超出电流极限圆，三是控制电压空间矢量不能超过当前转速条件下的电压极限圆，当达到任一一个限制条件时，转子的转速就不能进一步提高。此时，只能靠改变电机空间电压矢量或者空间电流矢量的运行轨迹，一般减小d轴电流命令值达到弱磁调节控制和实现提高电机转子转速的目的。

传统的弱磁控制方法，计算复杂，控制精度不高，动态响应不及时，造成电机工作不是很稳定，噪音较大。

由永磁电动机的数学模型：

$\left(\begin{array}{c}{V}_d^{*}\\ V_q^{*}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}r+\frac{d}{dt}{L}_d& -L_q\mathrm{\&omega;}\\ L_d\mathrm{\&omega;}& r+\frac{d}{dt}{L}_q\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{I}_d^{*}\\ I_q^{*}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ K_E\mathrm{\&omega;}\end{array}\right)---\left(1\right)$

式中K_E为电机发电常数，L_d、L_q分别为d轴电感和q轴电感值,为求导数运算，ω为电机的转速，r为电机相电阻，其中为d轴电压值指令值，为q轴电压值指令值，为d轴电流指令值，为q轴电流指令值。

稳态时，

$V_d^{*}={\mathrm{rI}}_d^{*}-{\mathrm{\&omega;L}}_q{I}_q^{*},V_q^{*}={\mathrm{rI}}_q^{*}+{\mathrm{\&omega;L}}_d{I}_d^{*}+K_E\mathrm{\&omega;}---\left(2\right)$

则电压方程为：

$u^{*2}=V_d^{*2}+V_q^{*2}={({\mathrm{rI}}_d^{*}-{\mathrm{\&omega;L}}_q{I}_q^{*})}^2+{({\mathrm{rI}}_q^{*}+{\mathrm{\&omega;L}}_d{I}_d^{*}+K_E\mathrm{\&omega;})}^2---\left(3\right)$

由于电机一般运行于较高的转速，电阻阻抗远小于电感感抗，由此电阻上的电压降可以忽略不计，上式可简化为：

$\mathrm{\&omega;}=\frac{u^{*}}{\sqrt{{\left(L_q{I}_q^{*}\right)}^2+{(L_d{I}_d^{*}+K_E)}^2}}---\left(5\right)$

可见，要提高电机的转速，最有效和最直接的方法是增加电机相电压u^*，但是，由于受到逆变器输出电压能力的限制，当电压增加的幅度不足以快速提高电机的转速ω时，在增加电机电压的同时，可以配合减小或者减小来进一步提高电机的转速。

由于电机相电压有效值u^*的极限和相电流有效值的极限值要受到逆变器直流侧电压和逆变器的最大输出电流的限制：

则

$I_d^{*2}+I_q^{*2}=I_{\lim }^{*2}---\left(7\right)$

当L_d≠L_q时，式(6)是一个椭圆方程，在I_d、I_q平面上，式(6)和式(7)的轨迹如图1所示。

可见，当控制电压达到逆变器所能输出的电压极限时，只能靠减小d轴电流(往负方向增加)和减小q轴电流来进一步升高电机转速。

发明内容

本发明的目的是要解决现有的永磁同步电机工作在较高频率时，由于逆变器输出电压限制，以及电机控制电压空间矢量超出电压极限圆，或电机运行电流空间矢量超出电流极限圆导致不能有效升高电机转速的问题，提供一种永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、系统采样直流母线电压V_edc，计算得到控制电压分别为及其中，为d轴电压指令值，为q轴电压指令值，为电机工作电压，其计算方式为：

步骤2、系统计算调制度计算方式为：

步骤3、系统获取预设的弱磁控制深度系数

步骤4、系统根据与的比较，实时调整d轴电流指令值和q轴电流指令值。

具体的，步骤3中，所述预设的弱磁控制深度系数

进一步的，所述预设的弱磁控制深度系数的取值范围为

具体的，步骤4中，所述系统根据与的比较，实时调整d轴电流指令值的方法为：利用K_R ^*与K₀ ^*之差，采用积分调节求出d轴电流指令值I_d[n]^*，离散化公式为：I_d[n]^*＝I_d[n-1]^*+K_i·T_s·(K₀ ^*-K_R ^*)，其中K_i为积分系数，T_s为计算周期，其中，n是第n次迭代，n＝1，2，3，……。

再进一步的，步骤4中，所述系统根据与的比较，实时调整d轴电流指令值和q轴电流指令值的方法为：通过最大力矩控制方法，求出d轴电流指令值I_{d_MTPA}[n]^*和q轴电流指令值I_{q_MTPA}[n]^*，由公式计算出I_{q_MTPA}[n]^*，式中τ^*为计算出的力矩命令值，P为极对数，K_E为电机发电常数，L_d、L_q分别为d轴电感和q轴电感值。

再由公式计算出I_{d_MTPA}[n]^*。

具体的，所述I_d[n]^*与I_{d_MTPA}[n]^*的关系满足：

再进一步的，步骤4中，根据得到的d轴电流指令值I_d[n]^*与q轴电流指令值I_{q_MTPA}[n]^*调节电机的转速。

本发明的有益效果是，在本发明方案中，通过上述永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，能够在控制电压达到逆变器所能输出的电压极限之前，慢慢调节电流指令值解决了提高电机转速进而提高电机工作频率的问题，控制稳定，最大力矩控制和弱磁控制过度平滑，动态响应好，提高了控制的可靠性，使系统随时保持在最佳工作状态。

附图说明

图1为电压极限圆和电流极限圆的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明的永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法中，首先系统采样直流母线电压V_edc，计算得到控制电压分别为及其中，为d轴电压指令值，为q轴电压指令值，为电机工作电压，其计算方式为：然后计算调制度计算方式为：再系统获取预设的弱磁控制深度系数并根据与的比较，实时调整d轴电流指令值和q轴电流指令值。

实施例

本发明实施例的永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统采样直流母线电压V_edc，计算得到控制电压分别为及其中，为d轴电压指令值，为q轴电压指令值，为电机工作电压，其计算方式为：

步骤2、系统计算调制度计算方式为：

步骤3、系统获取预设的弱磁控制深度系数

本步骤中，预设的弱磁控制深度系数最优的取值范围为

步骤4、系统根据与的比较，实时调整d轴电流指令值和q轴电流指令值。

本步骤中，可以采用积分调节求出d轴电流指令值I_d[n]^*，离散化公式为：I_d[n]^*＝I_d[n-1]^*+K_i·T_s·(K₀ ^*-K_R ^*)，其中K_i为积分系数，T_s为计算周期。

当同时采用弱磁控制和最大力矩控制时，需要对I_d[n]^*进行限幅处理，求出d轴电流指令值I_{d_MTPA}[n]^*和q轴电流指令值I_{q_MTPA}[n]^*，由公式计算出I_{q_MTPA}[n]^*，

再由公式计算出I_{d_MTPA}[n]^*。

则I_d[n]^*与I_{d_MTPA}[n]^*的关系满足：

最后根据得到的d轴电流指令值I_d[n]^*与q轴电流指令值I_{q_MTPA}[n]^*调节电机的转速。

Claims (6)

1.永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、系统采样直流母线电压V_edc，计算得到控制电压分别为及其中，为d轴电压指令值，为q轴电压指令值，为电机工作电压，其计算方式为：

步骤2、系统计算调制度计算方式为：

步骤3、系统获取预设的弱磁控制深度系数

步骤4、系统根据与的比较，实时调整d轴电流指令值和q轴电流指令值，所述系统根据与的比较，实时调整d轴电流指令值的方法为：利用K_R ^*与K₀ ^*之差，采用积分调节求出d轴电流指令值I_d[n]^*，离散化公式为：I_d[n]^*＝I_d[n-1]^*+K_i·T_s·(K₀ ^*-K_R ^*)，其中K_i为积分系数，T_s为计算周期，其中，n是第n次迭代，n＝1，2，3，……。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其特征在于，步骤3中，所述预设的弱磁控制深度系数

3.如权利要求2所述的永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其特征在于，所述预设的弱磁控制深度系数的取值范围为

4.如权利要求1所述的永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其特征在于，步骤4中，所述系统根据与的比较，实时调整d轴电流指令值和q轴电流指令值的方法为：通过最大力矩控制方法，求出d轴电流指令值I_{d_MTPA}[n]^*和q轴电流指令值I_{q_MTPA}[n]^*，由公式计算出I_{q_MTPA}[n]^*，式中τ^*为计算出的力矩命令值，P为极对数，K_E为电机发电常数，L_d、L_q分别为d轴电感和q轴电感值，

再由公式计算出I_{d_MTPA}[n]^*。

5.如权利要求4所述的永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其特征在于，所述I_d[n]^*与I_{d_MTPA}[n]^*的关系满足：

6.如权利要求5所述的永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法，其特征在于，步骤4中，根据得到的d轴电流指令值I_d[n]^*与q轴电流指令值I_{q_MTPA}[n]^*调节电机的转速。