CN105245147A - 一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，包括如下步骤：判断永磁同步电机的实际转速是否小于给定转速，若小于给定转速，则设计转子感应磁链给定值和定子电枢反应磁链给定值，其中，定子电枢反应磁链给定值的计算方法是：设定定子三相电流给定参考值，得到定子电枢反应磁链给定值；根据转子感应磁链给定值和定子电枢反应磁链给定值的矢量叉积计算定子磁链给定值。此方法可有效加快永磁同步电机的起动过程，降低电机生产及控制成本，提升电机起动过程中的运行效率。

Description

一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，特别涉及一种能够减少永磁同步电机起动时间的定子磁链的给定方法。

背景技术

永磁同步电机具有体积小，结构简单，损耗少，节能性高等一系列优点，已被广泛应用于工业中的各个领域。

为了减少永磁同步电机起动时间，现有的方法有两种：一种是改变永磁同步电机的内部结构来实现，通过减小永磁同步电机的转子转动惯量，来减少永磁同步电机起动时间，但这种方法成本较高，实现起来比较困难；另外一种解决方法是仅从增加电机起动电流的角度来实现快速起动，但存在的问题是单纯地增加起动电流会使电机出现发热等问题，容易使电机进入过流保护，甚至会造成电动机无法起动等问题。

基于当前技术存在的问题，本发明人对永磁同步电机的起动过程进行深入研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，其可有效减少永磁同步电机起动时间，降低电机生产及控制成本，提升电机起动过程中的运行效率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，包括如下步骤：

(1)判断永磁同步电机的实际转速ω是否小于电机给定转速ω^*，若小于给定转速ω^*则转入步骤(2)；

(2)设计转子感应磁链给定值和定子电枢反应磁链给定值其中，的计算方法是：通过电流给定参考法设计定子三相电流给定参考值i_s，由ψ_a＝L_si_s得到定子电枢反应磁链给定值其中L_s为电机相电感。

(3)根据算定子磁链给定值其中，e^jθ＝cosθ+jsinθ，j是虚数的单位，θ是转子磁极直轴相对于定子A相绕组的转子空间位置角。

上述步骤(1)中，若实际转速ω大于给定转速ω^*，则结束程序。

上述步骤(2)中，转子感应磁链给定值根据永磁同步电机的生产厂家提供的参数决定。

上述步骤(2)中，转子感应磁链给定值通过 ${\mathrm{\ψ}}_f^{*}\≈\frac{U_N}{{\mathrm{\ω}}_N}=\frac{U_{dc}}{\sqrt{3}}*\frac{1}{2{\mathrm{\πf}}_N}=\frac{U_{dc}}{2\sqrt{3}{\mathrm{\πf}}_N}$ 计算，式中，U_N是额定相电压峰值，U_dc是永磁同步电机的额定电压，ω_N是额定角速度，f_N是额定频率。

上述步骤(2)中，电流给定参考法的内容包括以下三个步骤：

(a)测量永磁同步电机的三相定子电流空间矢量i_α，并得出i_α在a-b-c三相静止坐标系下的电流分量为i_a、i_b、i_c；

(b)将电流i_a、i_b、i_c相位、频率作为定子三相电流给定参考值的相位、频率，将永磁同步电机的额定电流I_N作为定子三相电流给定参考值的幅值，得到定子三相电流给定参考值

(c)将作为给定三相定子电流空间矢量i_s的a-b-c三相静止坐标系下的电流分量，得到给定三相定子电流空间矢量i_s。

采用上述方案后，本发明具有以下特点：

(1)本发明根据永磁同步电机的电磁转矩是电流矢量和定子磁链矢量的叉积这一原理，通过定子磁链的合理设计，增大电机的起动转矩，可以减少永磁同步电机起动时间，本发明在实现过程中毋须改变电机的内部结构和控制系统硬件，控制过程更容易实现，降低电机生产及控制成本。

(2)在本发明中，增加电机起动转矩是通过改变定子磁链和定子电流两方面实现，而不是单纯依赖于改变定子电流，可避免电机起动过程中由于过流保护而导致的起动失败的问题，可有效提升电机起动过程中的运行效率。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，包括如下步骤：

(1)为了使永磁同步电机能够快速达到给定转速ω^*，首先判断永磁同步电机的实际转速ω是否小于电机给定转速ω^*，若高于给定转速ω^*，则表示此时永磁同步电机已经起动完成，无需再施行本方案；若低于给定转速ω^*，则转入步骤(2)；

(2)由于永磁同步电机的电磁转矩是电流矢量和定子磁链矢量的叉积，因此为了加快永磁同步电机的起动过程，需增大电磁转矩，可通过设定合理的定子磁链给定值来实现，进一步对定子磁链进行分析，定子磁链给定值是由转子感应磁链给定值和定子电枢反应磁链给定值通过矢量合成得到的，其中，转子感应磁链给定值由永磁同步电机参数决定，若电机生产厂家提供了该参数，以厂家提供参数为准，若厂家没有提供该参数，则可通过 ${\mathrm{\ψ}}_f^{*}\≈\frac{U_N}{{\mathrm{\ω}}_N}=\frac{U_{dc}}{\sqrt{3}}*\frac{1}{2{\mathrm{\πf}}_N}=\frac{U_{dc}}{2\sqrt{3}{\mathrm{\πf}}_N}$ 来计算，式中，U_N是额定相电压峰值，U_dc是永磁同步电机的额定电压，ω_N是额定角速度，f_N是额定频率。

而定子电枢反应磁链给定由定子电流产生，可以通过电流给定参考法设计给定三相定子电流空间矢量i_s，由ψ_a＝L_si_s得到定子电枢反应磁链给定其中L_s为电机相电感。

前述定子三相电流给定值i_s的参考方法包括以下三个步骤：

(a)测量永磁同步电机的三相定子电流空间矢量i_α，并得出i_α在a-b-c三相静止坐标系下的电流分量为i_a、i_b、i_c；

(b)将电流i_a、i_b、i_c相位、频率作为定子三相电流给定参考值的相位、频率，将永磁同步电机的额定电流I_N作为定子三相电流给定参考值的幅值，得到定子三相电流给定参考值

(c)将作为给定三相定子电流空间矢量i_s的a-b-c三相静止坐标系下的电流分量，得到给定三相定子电流空间矢量i_s。

根据以上得到的转子感应磁链给定值和定子电枢反应磁链给定值定子磁链给定值的计算公式是ψ_s＝ψ_a+ψ_fe^jθ，其中，e^jθ是复数的指数形式，即e^jθ＝cosθ+jsinθ，j是虚数的单位，θ是转子磁极直轴相对于定子A相绕组的转子空间位置角。

综上所述，本发明一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，根据永磁同步电机的电磁转矩是电流矢量和定子磁链矢量的叉积这一原理，通过定子磁链的合理给定增大电机的起动转矩，缩短永磁同步电机起动时间，提升工作效率。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)判断永磁同步电机的实际转速ω是否小于给定转速电机ω^*，若小于给定转速ω^*则转入步骤(2)；

(2)设计转子感应磁链给定值和定子电枢反应磁链给定值其中，的计算方法是：通过电流给定参考法设定定子三相电流给定参考值i_s，由得到定子电枢反应磁链给定其中L_s为电机电感；

(3)根据计算定子磁链给定值其中，e^jθ＝cosθ+jsinθ，j是虚数的单位，θ是转子磁极直轴相对于定子A相绕组的转子空间位置角。

2.如权利要求1所述的一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，若实际转速ω大于给定转速ω^*，则结束程序。

3.如权利要求1所述的一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，转子感应磁链给定值根据永磁同步电机的生产厂家提供的参数决定。

4.如权利要求1所述的一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，转子感应磁链给定值通过 ${\mathrm{\ψ}}_f^{*}\≈\frac{U_N}{{\mathrm{\ω}}_N}=\frac{U_{dc}}{\sqrt{3}}*\frac{1}{2{\mathrm{\πf}}_N}=\frac{U_{dc}}{2\sqrt{3}{\mathrm{\πf}}_N}$ 计算，式中，U_N是额定相电压峰值，U_dc是永磁同步电机的额定电压，ω_N是额定角速度，f_N是额定频率。

5.如权利要求1所述的一种减少永磁同步电机起动时间的定子磁链给定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，定子磁链给定方法的内容包括以下三个步骤：

(a)测量永磁同步电机的三相定子电流空间矢量i_α，并得出i_α在a-b-c三相静止坐标系下的电流分量为i_a、i_b、i_c；

(b)将电流i_a、i_b、i_c相位、频率作为定子三相电流给定参考值的相位、频率，将永磁同步电机的额定电流I_N作为定子三相电流给定参考值的幅值，得到定子三相电流给定参考值

(c)将作为给定三相定子电流空间矢量i_s的a-b-c三相静止坐标系下的电流分量，得到给定三相定子电流空间矢量i_s。