CN106100491A - 大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control

Abstract

本发明具体为一种大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法，解决了现有大功率电机控制中存在易引起过流降低其使用寿命且整个系统的可靠性较差的问题。a、当电机升速时，调制度增大至限定阀值M1，控制方式从矢量模式向标量模式过渡；b、当电机降速时，调制方式从方波模式进入3分频调制，然后控制方式从标量控制向矢量控制过渡；c、首先进行调制方式切换，调制度下降得到刚进入3分频时的调制度M3=Mmax‑Mdelta‑Mhyster；d、在调制方式进入3分频后，磁链逐渐下降到正常阀值Φm2时，从标量控制切入矢量控制。本发明提高电机使用寿命的同时，缩短了试验周期。

Description

大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法
技术领域
本发明涉及机车、动车、内燃机车等应用场合的大功率电机控制方法，具体为一种大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法。
背景技术
小功率变频器、通用型逆变器、光伏变流器或风电变频器等在进行PWM脉冲的合成时通常采用的调制策略为SPWM调制、三次谐波注入SPWM调制、SVPWM调制或特定消谐（SHEPWM）调制，而且在应用中通常只采用一种调制方式，不存在不同调制方式的切换，这既能满足控制要求又有较高的可靠性，但对于机车、动车及内燃机车等应用场合则存在只用一种调制方式不能满足控制要求的情况。
对于大功率交直交牵引传动系统，其首要的特点就是高电压，大电流，受到散热等条件的限制，其最高开关频率通常只有几百赫兹，即使对于动车组来说，其最高开关频率也不会超过1KHz，而其逆变侧输出电压最高频率却可以达到上百赫兹。受开关频率的限制，当逆变输出电压达到最高频率时，要求的载波比必须变的非常低。除此之外，为了充分利用直流母线电压，在进入弱磁区之后逆变器通常要进入方波工况。因此当机车在整个速度范围内运行时，实际中通常采用多模式调制策略。全速度范围内的调制策略分为四个区段：异步调制，规则采样同步调制，特殊同步调制和方波模式，特殊同步调制可以选择15分频特定消谐调制、9分频特定消谐调制、7分频特定消谐调制、5分频特定消谐调制，后通过3分频特定消谐调制进入方波模式。
在调制策略采用异步调制，规则采样同步调制和特殊同步调制时控制方式常采用基于转子磁场定向的矢量控制，在进入弱磁区方波模式下，逆变器输出电压达到最大，电压失去调节能力，传统矢量控制中的电流控制器失去调节能力，因此在方波调制下取消电流控制器，改为电流开环控制，电压按电机稳态电压公式来计算，这种改进的控制方式也称为标量控制。
电机是一种高阶，非线性，强耦合的多变量系统，其控制过程相对复杂，因矢量控制与标量控制之间的相互过渡，存在控制方式的变化，控制选择不好容易引起过流。
发明内容
本发明为了解决现有大功率电机控制中存在易引起过流降低其使用寿命且整个系统的可靠性较差的问题，提供了一种大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法，采用如下步骤：a、当电机升速时，随转速的上升磁链逐渐降低，调制度逐渐增大，当调制度增大至限定阀值M1，控制方式从矢量模式向标量模式过渡，与此同时，按一定斜率k1在10个控制周期内逐渐衰减电流内环到零；当调制度增大至限定阀值M1-My，My为因母线电压波动影响的调制度裕量，调制方式从3分频调制进入方波模式；b、当电机降速时，随转速的下降磁链逐渐升高，当磁链上升超过限定阀值Φm1，调制方式从方波模式进入3分频调制，然后控制方式从标量控制向矢量控制过渡；c、首先进行调制方式切换，调制度由方波调制时的最大调制度Mmax下降Mdelta，Mdelta为方波模式和3分频调制下的调制度可以达到的最大限之差，调制度再下降Mhyster，Mhyster为3分频调制下的调制度理论最大值和实际最大值之差，得到刚进入3分频时的调制度M3=Mmax-Mdelta-Mhyster；d、在调制方式进入3分频后，依然采用标量控制，调制度从M3开始按一定斜率k3开始下降，磁链逐渐下降到正常阀值Φm2时，从标量控制切入矢量控制，与此同时，电流内环在25个控制周期内按一定斜率k2（0<k2<1）从零逐渐增加到1。
该切换方法通过从磁链变化、调制度选择、频率变化几个方面对矢量控制与标量控制过渡之间关键点进行反复试验，来对大功率电机进行控制，克服了现有大功率电机控制中存在易引起过流降低其使用寿命且整个系统的可靠性较差的问题。
本发明所述的切换方法合理可靠，减少大功率电机在试验过程中因矢量、标量控制切换造成的电流冲击的问题，进而降低了电流冲击对试验设备的影响，提高电机使用寿命的同时，缩短了试验周期。
附图说明
图1为本发明中从矢量模式切换到标量模式的磁链变化控制图；
图2为本发明中从矢量模式切换到标量模式的调制度变化控制图；
图3为本发明中从标量模式切换到矢量模式的磁链变化控制图；
图4为本发明中从标量模式切换到矢量模式的调制度变化控制图。
具体实施方式
大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法，采用如下步骤：a、当电机升速时，随转速的上升磁链逐渐降低，调制度逐渐增大，当调制度增大至限定阀值M1，控制方式从矢量模式向标量模式过渡，与此同时，按一定斜率k1在10个控制周期内逐渐衰减电流内环到零；当调制度增大至限定阀值M1-My，My为因母线电压波动影响的调制度裕量，调制方式从3分频调制进入方波模式；b、当电机降速时，随转速的下降磁链逐渐升高，当磁链上升超过限定阀值Φm1，调制方式从方波模式进入3分频调制，然后控制方式从标量控制向矢量控制过渡；c、首先进行调制方式切换，调制度由方波调制时的最大调制度Mmax下降Mdelta，Mdelta为方波模式和3分频调制下的调制度可以达到的最大限之差，调制度再下降Mhyster，Mhyster为3分频调制下的调制度理论最大值和实际最大值之差，得到刚进入3分频时的调制度M3=Mmax-Mdelta-Mhyster；d、在调制方式进入3分频后，依然采用标量控制，调制度从M3开始按一定斜率k3开始下降，磁链逐渐下降到正常阀值Φm2时，从标量控制切入矢量控制，与此同时，电流内环在25个控制周期内按一定斜率k2（0<k2<1）从零逐渐增加到1。
具体实施过程中，调制度阀值M1取0.993，M2取0.98，Φm1为1.05倍的Φm2。

Claims (1)

1.一种大功率电机控制中矢量模式与标量模式的切换方法，其特征在于：采用如下步骤：a、当电机升速时，随转速的上升磁链逐渐降低，调制度逐渐增大，当调制度增大至限定阀值M1，控制方式从矢量模式向标量模式过渡，与此同时，按一定斜率k1在10个控制周期内逐渐衰减电流内环到零；当调制度增大至限定阀值M1-My，My为因母线电压波动影响的调制度裕量，调制方式从3分频调制进入方波模式；b、当电机降速时，随转速的下降磁链逐渐升高，当磁链上升超过限定阀值Φm1，调制方式从方波模式进入3分频调制，然后控制方式从标量控制向矢量控制过渡；c、首先进行调制方式切换，调制度由方波调制时的最大调制度Mmax下降Mdelta，Mdelta为方波模式和3分频调制下的调制度可以达到的最大限之差，调制度再下降Mhyster，Mhyster为3分频调制下的调制度理论最大值和实际最大值之差，得到刚进入3分频时的调制度M3=Mmax-Mdelta-Mhyster；d、在调制方式进入3分频后，依然采用标量控制，调制度从M3开始按一定斜率k3开始下降，磁链逐渐下降到正常阀值Φm2时，从标量控制切入矢量控制，与此同时，电流内环在25个控制周期内按一定斜率k2（0<k2<1）从零逐渐增加到1。
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