CN105680747A - 一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法 - Google Patents

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张海波
唐盼盼
王国玺
顾锡淼
杨明慧
燕方方
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0025Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control implementing a off line learning phase to determine and store useful data for on-line control

Abstract

本发明提供了一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,包括定子电阻整定步骤、定子电感整定步骤和初始角度整定步骤。本发明应用于电梯控制系统中,适用于各功率电机,并且操作简单,效率高,一步即可完成参数学习。自整定时不需要将轿厢吊起,只在安装时进行一次参数自整定即可。

Description

一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及电梯控制领域,特别涉及一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方 法。
背景技术
[0002] 近年来,永磁同步电机受到人们越来越广泛的关注,因其具有高效率、高能量密 度、控制性能好以及低碳环保等优点,在电梯领域得到大量应用。
[0003] 目前对永磁同步电机的控制技术主要有矢量控制和直接转矩控制。在磁场定向矢 量控制中,控制参数的准确性直接影响整个调速系统的性能,根据经典控制理论参数设计, 定子电阻、电感的影响最为直接。并且,在矢量控制方式下,电机产生的启动转矩大小依赖 于转子初始角度的准确度,如果初始角度误差过大,在电梯带载情况下,很容易导致过流、 电梯急停等情况。综上所述,基于矢量控制的电梯系统,获取准确的定子电阻、电感以及初 始角度值非常重要。
[0004] 目前市场上大多数电梯控制系统,对于检测电机参数的方法主要有直流衰减法、 电压积分法等,不仅算法复杂,而且需要旋转转子,因此必须将轿厢吊起才能完成参数的整 定,给调试人员带来极大不便。而有的系统则需要分步操作,先完成电阻、电感值的学习,再 进行电机初始角度整定,并且整定过程中往往出现错误,需要多次学习求平均值才能保证 参数在电梯正常运行误差范围内,步骤繁琐,效率低。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,该方法用于 电梯控制中,具有操作简单、学习结果误差小、适用范围广、效率高等优点。
[0006] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0007] -种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,包括定子电阻整定步 骤、定子电感整定步骤和初始角度整定步骤,其中,
[0008] 所述定子电阻整定步骤为:采用直流注入法检测定子电阻,向电机注入一定幅值 的直流电压,当电机状态稳定以后,记录稳定的定子相电流Id和等效直流电压U d,定子电阻 Rs的计算公式为:
[0009]
Figure CN105680747AD00031
(1);
[0010] 所述定子电感整定步骤为:断开同步电机的任意一相绕组,向另外两相绕组注入 一定幅值和频率的交流电压,当电机状态稳定以后,对一个周期At内的电压u、电流Ai进 行采样,获取审子电感值Ldq,定子电感值Ldq的计算公式为:
[0011]
Figure CN105680747AD00032
⑵;
[0012]所述初始角度整定步骤为:采用高频旋转电压注入法检测初始角度,向定子绕组 注入对称的三相高频旋转电压,从而产生电流和旋转磁场,基于矢量变换,通过信号处理获 取电机初始角度。
[0013] 在本发明的一个优选实施例中,在一定时间内,采样多组电流数据,求取定子电阻 平均值。
[0014] 在本发明的一个优选实施例中,在所述定子电感整定步骤后,对定子电感值进行 PI调节计算,进行多角度测量电感。
[0015] 在本发明的一个优选实施例中,所述初始角度整定步骤的方法为:首先注入500Hz 高频电压Us,经过Clark/Park坐标变换后,获取两相静止坐标系下定子电流分量isa、is{!,以 «t为旋转变换角,对定子电流分量i sa、is{!进行坐标变换和反变换,得到静止坐标系下的负 序电流分量i_、ise n,负序电流分量构造中转子初始角度误差ε A Θθ,其表达式为:
[0016] ε Δ 0e = ispn sin ω t+isan cos ω t (3);
[0017] 通过PI调节器对ε △ 进行跟踪迭代计算,当角度误差调节至零时,辨识值将收敛 到实际初始角度。
[0018] 在本发明的一个优选实施例中,利用所述实际初始角度,通过FOC算法使电机松 闸,并驱动电机旋转到检修速度,在转动过程中,进一步改变电机角度,通过旋转电机计算 D、Q轴电压值,收敛电机角度,使其更加精确。
[0019] 在本发明的一个优选实施例中,所述定子电感整定步骤中,向另外两相绕组注入 250Hz的交流电压,矢量控制载波频率为5kHz,一个周期内的采样点为20。
[0020] 在本发明的一个优选实施例中,在转动过程中记录初始位置与编码器原点位置的 夹角,保存起来,在下次电机启动时调用此参数。
[0021 ]由于采用了如上的技术方案,本发明的有益效果在于:
[0022] 较之目前市场上大多数基于矢量控制的电梯控制系统而言,操作简单,不需要将 电梯轿厢吊起,整定过程中会自动调整相关参数,适用于不同功率的电机。本发明效率高, IOs内即可完成电阻电感和初始角度的整定,并且整定结果误差小。自整定结束后,自动保 存所有参数,避免每次上电时必须重新学习。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本发明一种实施例的原理框图。
[0025]图2为本发明一种实施例的直流注入法等效原理图。
[0026]图3为本发明一种实施例的初始角度检测原理图。
[0027] 图4为电机自整定过程示波器观察电流图。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面进 一步阐述本发明。
[0029] 结合图1至图4所示,一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,包括定子电阻 整定步骤、定子电感整定步骤和初始角度整定步骤,其中:
[0030] 定子电阻整定步骤为:采用直流注入法检测定子电阻,向电机注入一定幅值的直 流电压,当电机状态稳定以后,记录稳定的定子相电流Id和等效直流电压Ud。同步电机的等 效电路表达式为:
[0031]
Figure CN105680747AD00051
⑷;
[0032] 其中Ud为经过斩波后的等效低压直流电压,Id为定子相电流,Wd为转速,当抱闸未 松开时,电机的速度为零,又因为施加的是直流电压,因此Ud = RId,而所以定子电阻 Rs的计算公式为:
[0033]
Figure CN105680747AD00052
(1.);
[0034] 本发明实施过程中,为了获取准确的数值,在一定时间内,采样多组电流数据,求 定子电阻取平均值。并且由于变频器功率模块死区的影响,获取等效电压时充分考虑到占 空比的影响,从而提高定子电阻整定的精度。
Figure CN105680747AD00053
[0035] 定子电感整定步骤为:断开同步电机的任意一相绕组,向另外两相绕组注入一定 幅值和频率的交流电压,当电机状态稳定以后,对一个周期At内的电压u、电流Ai进行采 样,获取与子电感值L dq的计算公式为:
[0036] (2);
[0037]本实施例中,通过断开电机任意一相绕组,向另外两相绕注入250Hz的交流电压, 矢量控制载波频率为5kHz,因此一个周期内的采样点为20,在一个周期内,检测相应的电压 和电流,进行坐标变换,并利用公式(3),计算同步电机等效电感值。但此时的电感为当前角 度时的电路电感,其精度受到同步电机铁磁影响,有一定误差,因此只可以用在电路的PI调 节计算,而不能使用在磁极位置角的计算。所以在定子电感整定步骤后,对定子电感值进行 PI调节计算,进行多角度测量电感。
[0038]初始角度整定步骤为:采用高频旋转电压注入法检测初始角度,向定子绕组注入 对称的三相高频旋转电压,从而产生电流和旋转磁场,基于矢量变换,通过信号处理获取电 机初始角度。
[0039]本实施例中,初始角度整定步骤的方法为:首先注入500Hz高频电压Us,经过 Clark/Park坐标变换后,获取两相静止坐标系下定子电流分量isa、is{!,以cot为旋转变换 角,对定子电流分量is。、i s{!进行坐标变换和反变换,得到静止坐标系下的负序电流分量 i_、isi!n,负序电流分量构造中转子初始角度误差ε Λ ,其表达式为:
[0040] ε Δ 0e = ispn sin ω t+isan cos ω t (3);
[0041] 通过PI调节器对ε △ 进行跟踪迭代计算,当角度误差调节至零时,辨识值将收敛 到实际初始角度。
[0042] 因受到AD采样精度的影响,上述实际初始角度可能还不够精确,利用上述实际初 始角度,通过FOC算法使电机松闸,并驱动电机旋转到检修速度,在转动过程中,进一步改变 电机角度,通过旋转电机计算D、Q轴电压值,收敛电机角度,使其更加精确。
[0043] 在转动过程中记录初始位置与编码器原点位置的夹角,保存起来,在方便下次电 机启动时调用此参数。
[0044] 本发明较之目前市场上大多数基于矢量控制的电梯控制系统而言,操作简单,不 需要将电梯轿厢吊起,整定过程中会自动调整相关参数,适用于不同功率的电机。本发明效 率高,IOs内即可完成电阻电感和初始角度的整定,并且整定结果误差小。自整定结束后,自 动保存所有参数,避免每次上电时必须重新学习。
[0045]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。

Claims (7)

1. 一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,包括定子电阻整定步骤、 定子电感整定步骤和初始角度整定步骤,其中, 所述定子电阻整定步骤为:采用直流注入法检测定子电阻,向电机注入一定幅值的直 流电压,当电机状态稳定以后,记录稳定的定子相电流Id和等效直流电压Ud,定子电阻Rs的 计算公式为:
Figure CN105680747AC00021
所述定子电感整定步骤为:断开同步电机的任意一相绕组,向另外两相绕组注入一定 幅值和频率的交流电压,当电机状态稳定以后,对一个周期At内的电压u、电流Ai进行采 样,获取定子电感值Ldq,定子电感值Ldq的计算公式为:
Figure CN105680747AC00022
所述初始角度整定步骤为:采用高频旋转电压注入法检测初始角度,向定子绕组注入 对称的三相高频旋转电压,从而产生电流和旋转磁场,基于矢量变换,通过信号处理获取电 机初始角度。
2. 如权利要求1所述的一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,在一 定时间内,采样多组电流数据,求取定子电阻平均值。
3. 如权利要求1所述的一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,在所 述定子电感整定步骤后,对定子电感值进行PI调节计算,进行多角度测量电感。
4. 如权利要求3所述的一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,所述 初始角度整定步骤的方法为:首先注入500Hz高频电压U s,经过Clark/Park坐标变换后,获 取两相静止坐标系下定子电流分量isa、i si!,以cot为旋转变换角,对定子电流分量isa、is{!进 行坐标变换和反变换,得到静止坐标系下的负序电流分量i scm、isfin,负序电流分量构造中转 子初始角度误差ε Α θβ,其表达式为: ε Δ Θθ = ispn sin ω t+isan cos ω t (3); 通过PI调节器对ε A 进行跟踪迭代计算,当角度误差调节至零时,辨识值将收敛到实 际初始角度。
5. 如权利要求4所述的一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,利用 所述实际初始角度,通过F0C算法使电机松闸,并驱动电机旋转到检修速度,在转动过程中, 进一步改变电机角度,通过旋转电机计算D、Q轴电压值,收敛电机角度,使其更加精确。
6. 如权利要求1所述的一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,所述 定子电感整定步骤中,向另外两相绕组注入250Hz的交流电压,矢量控制载波频率为5kHz, 一个周期内的采样点为20。
7. 如权利要求1所述的一种适用于垂直电梯的同步电机自整定方法,其特征在于,在转 动过程中记录初始位置与编码器原点位置的夹角,保存起来,在下次电机启动时调用此参 数。
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