CN108322125B - 一种同步电机的转矩响应控制方法 - Google Patents

一种同步电机的转矩响应控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同步电机的转矩响应控制方法，属于电机控制技术领域，通过获取同步电机的工作电压及变频器输出的电压指令值输入电压调节器得第一磁通指令；再获取转矩电流，根据转矩电流的变化量计算得到磁通补偿量并输入到电压调节器的输出端；根据第一磁通指令和磁通补偿量计算得到第二磁通指令，通过第二磁通得到励磁电流，以对励磁磁场进行调节；再根据转矩电流的变化量对同步电机的定子绕组的直轴电流进行控制，以调节定子绕组产生的磁场，上述技术方案的有益效果是：将转矩变化量作为重要补偿量，同时结合定子绕组直轴电流控制，避免了转矩突变过程，由于磁场响应滞后造成电机过压、过速、失步等问题，有利于提高同步机的应用市场范围。

Description

一种同步电机的转矩响应控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种同步电机的转矩响应控制方法。
背景技术
当前的同步电动机驱动控制系统，主要由变频器、同步电机、励磁控制柜、负载和上位系统构成，该系统有两种运行模式，一种是变频器作为起动器，同时提供励磁电流指令给励磁控制柜，同步电机拖入同步后，切换至电网运行，由励磁柜独立控制励磁电流；另一种模式，变频器作为主控制装置，包括同步机起动、额定负载运行、弱磁控制等过程全部由变频器提供励磁电流指令给励磁控制柜、由变频器驱动同步机运转。
无论是哪种模式下，励磁电流控制都是核心部分，现有的厂家多采用电压闭环控制策略，通常是以电网电压与电机电压作为电压调节器AVR的输入，以生成磁通指令，进而得到励磁电流指令，控制励磁柜输出励磁电流。
同步机电动机由于实现了对磁场的解耦控制，能够媲美直流电机的机械特性，多应用在对转速转矩控制性能要求较高的场合，同时，由于同步机磁场是由励磁装置生成的，其磁场控制存在一定的滞后性，传统的基于电压闭环控制的励磁电流控制方法，在应对负载转矩突变、特别是转矩由满载突降为零的场合，存在电机过电压、过速度的问题，严重时，还会出现失步，这对于负载设备及变频器本身都十分不利。
究其原因，一方面通过电压闭环来控制励磁电流本身存在一定的滞后性，容易导致电流调节器ACR的饱和失控；另一方面，励磁电流不能突变，仅通过励磁电流指令发送到励磁控制柜，难以获得快速的磁场控制效果。
发明内容
根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种根据转矩变化调节励磁电流和定子绕组的直轴电流的同步电机的转矩响应控制方法，旨在解决由于电压闭环控制励磁电流的滞后性，导致电流调节器的饱和失控及难以快速控制同步电机的磁场的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种同步电机的转矩响应控制方法，建立一同步电机驱动控制系统，包括同步电机和分别与所述同步电机连接的变频器、励磁控制柜、检测装置、负载，所述变频器还连接所述励磁控制柜和所述检测装置；
所述同步电机的转矩响应控制方法包括以下步骤：
步聚S1、获取所述同步电机的工作电压及所述变频器输出的电压指令，并输入到所述变频器的电压调节器中，所述电压调节器根据所述工作电压和所述电压指令处理得到第一磁通指令；
步骤S2、获取所述变频器输出的转矩电流指令，根据所述转矩电流指令的变化量计算得到磁通补偿量，并将所述磁通补偿量输入到所述电压调节器的输出端；
步骤S3、根据所述第一磁通指令和所述磁通补偿量计算得到第二磁通指令；
步骤S4、将所述第二磁通指令通过模拟量转化得到励磁电流指令，并将所述励磁电流指令输出至所述励磁控制柜，所述励磁控制柜根据所述励磁电流指令产生相应的励磁电流并输出至所述同步电机；
步骤S5、根据所述转矩电流指令的变化量对同步电机的定子绕组的直轴电流进行控制，以调节所述定子绕组产生的磁场。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述步骤S1中获取所述同步电机的所述工作电压的方法为：
检测所述同步电机的相电压；
根据所述相电压计算获得电机电压直轴分量和电机电压交轴分量；
计算所述电机电压直轴分量和所述电机电压交轴分量的均方根得到所述工作电压；
所述检测装置包括电压传感器，所述相电压由所述电压传感器检测获得。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述步骤S2中获取所述转矩电流指令的方法为：
所述变频器的转速调节器获取所述同步电机反馈的转矩电流；
所述转速调节器处理所述转矩电流得到所述转矩电流指令。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述步骤S2中通过以下公式计算获得所述磁通补偿量：
Φ＝50％*ΔIt；
其中，Φ用于表示所述磁通补偿量，ΔIt用于表示所述转矩电流指令的变化量。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述步骤S5包括：
步骤S51、根据所述转矩电流指令计算得到所述定子绕组的直轴电流指令；
步骤S52、检测获取所述定子绕组的实际直轴电流；
步骤S53、所述变频器的直轴电流调节器处理所述直轴电流指令和所述实际直轴电流的负值，以输出一作用于所述定子绕组的直轴电压指令。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述步骤S51中通过以下公式计算获得所述直轴电流指令：
Figure BDA0001559289490000041
其中，
Figure BDA0001559289490000042
用于表示所述直轴电流指令，K用于表示系数常量，ΔIt用于表示所述转矩电流指令的变化量。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述检测装置包括电流传感器，用于检测所述同步电机的定子电流；
所述实际直轴电流为所述定子电流的直轴分量。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述电压调节器为PI调节器。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述直轴电流调节器为PI调节器。
较佳的，上述转矩响应控制方法中，所述速度调节器为PI调节器。
上述技术方案的有益效果是：将转矩变化量作为重要补偿量，同时结合定子绕组直轴电流控制，避免了转矩突变过程，由于磁场响应滞后造成电机过压、过速、失步等问题，有利于提高同步机的应用市场范围。
附图说明
图1和图2是本发明的较佳的实施例中，一种同步电机的转矩响应控制方法的流程图；
图3是本发明的较佳的实施例中，同步电机驱动控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的较佳的实施例中，如图1-图3所示，提供一种同步电机的转矩响应控制方法，建立一同步电机驱动控制系统，包括同步电机1和分别与同步电机1连接的变频器2、励磁控制柜3、检测装置4、负载5，变频器2还连接励磁控制柜3和检测装置4，变频器2内集成有电压调节器21、转速调节器22、直轴电流调节器23，以及控制装置24；
同步电机的转矩响应控制方法包括以下步骤：
步聚S1、获取同步电机1的工作电压VOUT及变频器2输出的电压指令值
Figure BDA0001559289490000051
并输入到变频器2的电压调节器21中，电压调节器21根据工作电压VOUT和电压指令值
Figure BDA0001559289490000052
处理得到第一磁通指令
Figure BDA0001559289490000053
步骤S2、获取变频器2输出的转矩电流指令It，根据转矩电流指令的变化量ΔIt计算得到磁通补偿量Φ，并将磁通补偿量Φ输入到电压调节器21的输出端；
步骤S3、根据第一磁通指令
Figure BDA0001559289490000054
和磁通补偿量Φ计算得到第二磁通指令
Figure BDA0001559289490000055
步骤S4、将第二磁通指令
Figure BDA0001559289490000056
通过模拟量转化得到励磁电流指令If*，并将励磁电流指令If*输出至励磁控制柜3，励磁控制柜3根据励磁电流指令If*产生相应的励磁电流并输出至同步电机1；
需要说明的时，将磁通指令转换面励磁电流指令是现有技术。
步骤S5、根据转矩电流指令的变化量ΔIt对同步电机1的定子绕组的直轴电流Im进行控制，以调节定子绕组产生的磁场。
本实施例中，同步电机1上设置有转矩检测装置，转矩检测装置用于根据同步电机1的实时转矩产生相应的转矩电流反馈至变频器1，变频器1的控制装置24根据同步电机1反馈的转矩电流切换同步电机驱动控制系统的工作模式。针对转矩电流于控制装置24内预设一阈值，于转矩电流的变化量小于该阈值时，工作模式为正常模式，由电压调节器21输出励磁电流指令If*，基于转矩电流指令It的磁通补偿模块不动作，不产生磁通补偿量Φ至电压调节器21的输出端；于负载转矩发生突变，特别是负载转矩由满载空降为0时，转矩电流的变化量大于该阈值时，工作模式切换为转矩空降模式，此时同步电机驱动控制系统按照上述的步骤工作。
本实施例中，变频器2的电压指令值
Figure BDA0001559289490000061
的获得方法是，变频器2接收使用者设定的频率指令值F*，经过一个加减速调节器HLR处理后，再经过变频器2的电压模式输出曲线，选择出对应的电压值作为变频器2的电压指令值
Figure BDA0001559289490000062
本发明的较佳的实施例中，步骤S2中获取转矩电流指令It的方法为：
变频器1的转速调节器22获取同步电机1反馈的转矩电流；
转速调节器22处理转矩电流得到转矩电流指令It。
上述技术方案中，在电压闭环控制生成励磁电流指令的基础上，通过检测同步电机1的转矩电流以判断负载转矩是否发生突变，并于负载转矩突变时，由转速调节器22处理转矩电流得到转矩电流指令It，再根据转矩电流指令的变化量ΔIt计算励磁电流指令的补偿量(磁通补偿量Φ)，作为电压调节器21输出的补偿，以改善响应速度；另一方面，在转矩突变时，根据转矩电流指令的变化量ΔIt，适当控制同步电机定子绕组的直轴电流Im，在转矩调节过程中提供去磁电流分量，进而调节定子绕组产生的磁场。通过同步电机1的定子绕组和励磁控制柜3的联合控制，以加快转矩突变时磁场响应速度，实现对负载转矩突变过程中同步电机1磁场的快速调节，改善传统控制方法下出现的过压、失步问题。
本发明的较佳的实施例中，步骤S1中获取同步电机的工作电压VOUT的方法为：
检测同步电机1的相电压；
根据相电压计算获得电机电压直轴分量Vm和电机电压交轴分量Vt；
计算电机电压直轴分量Vm和电机电压交轴分量Vt的均方根得到工作电压VOUT；
检测装置4包括电压传感器，相电压由电压传感器检测获得。
本发明的较佳的实施例中，步骤S2中通过以下公式计算获得磁通补偿量Φ：
Φ＝50％*ΔIt；
其中，Φ用于表示磁通补偿量，ΔIt用于表示转矩电流的变化量。
本发明的较佳的实施例中，步骤S5包括：
步骤S51、根据转矩电流指令It计算得到定子绕组的直轴电流指令Im*；
步骤S52、检测获取定子绕组的实际直轴电流Im_act；
步骤S53、变频器1的直轴电流调节器23处理直轴电流指令Im*和实际直轴电流Im_act的负值，以输出一作用于定子绕组的直轴电压指令Vm*。定子绕组根据直轴电压指令Vm*产生相应的磁场，以达到调节定子绕组磁场的目的。
本发明的较佳的实施例中，检测装置4包括电流传感器，用于检测同步电机1的定子电流；
实际直轴电流Im_act为定子电流的直轴分量。
本发明的较佳的实施例中，步骤S51中通过以下公式计算获得直轴电流指令Im*：
Figure BDA0001559289490000071
其中，
Figure BDA0001559289490000072
用于表示直轴电流指令，K用于表示系数常量，ΔIt用于表示转矩电流的变化量。
本发明的较佳的实施例中，电压调节器21为PI调节器。
本发明的较佳的实施例中，直轴电流调节器23为PI调节器。
本发明的较佳的实施例中，转速调节器22为PI调节器。
本实施例中，具体实施步骤为：
按照图3进行同步电机驱动控制系统配置，通过检测装置4采集同步电机1的相电压和定子电流，输入到变频器2中，由变频器1处理，输出励磁电流指令If*给励磁控制柜3，励磁控制柜3根据励磁电流指令If*输出相应的励磁电流至同步电机1。
进一步地，向变频器2的控制装置24写入程序代码，配置运行程序，系统默认工作在正常模式，此时由电压调节器21输出励磁电流指令If*，基于转矩电流的磁通补偿模块不动作，定子绕组的直轴电流Im设定为0。
负载转矩发生突变，特征是负载转矩由满载突变为0时，根据反馈到变频器2的转矩电流，工作模式被设定为转矩突降模式，此时，基于转矩电流的磁通补偿模块输出补偿量，直接加在电压调节器21的输出端，加快对磁场指令的调节，直到加快电压调节器21响应，快速调节磁场的作用；同时，直轴电流Im根据转矩突变的大小，设定为相应的数值，对同步电机1定子侧磁场进行调节，起到降低磁场，防止过压、超速的作用。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种同步电机的转矩响应控制方法，其特征在于，建立一同步电机驱动控制系统，包括同步电机和分别与所述同步电机连接的变频器、励磁控制柜、检测装置、负载，所述变频器还连接所述励磁控制柜和所述检测装置；
所述同步电机的转矩响应控制方法包括以下步骤：
步聚S1、获取所述同步电机的工作电压及所述变频器输出的电压指令，并输入到所述变频器的电压调节器中，所述电压调节器根据所述工作电压和所述电压指令处理得到第一磁通指令；
步骤S2、获取所述变频器输出的转矩电流指令，根据所述转矩电流指令的变化量计算得到磁通补偿量，并将所述磁通补偿量输入到所述电压调节器的输出端；
步骤S3、根据所述第一磁通指令和所述磁通补偿量计算得到第二磁通指令；
步骤S4、将所述第二磁通指令通过模拟量转化得到励磁电流指令，并将所述励磁电流指令输出至所述励磁控制柜，所述励磁控制柜根据所述励磁电流指令产生相应的励磁电流并输出至所述同步电机；
步骤S5、根据所述转矩电流指令的变化量对所述同步电机的定子绕组的直轴电流进行控制，以调节所述定子绕组产生的磁场。
2.如权利要求1所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述步骤S1中获取所述同步电机的所述工作电压的方法为：
检测所述同步电机的相电压；
根据所述相电压计算获得电机电压直轴分量和电机电压交轴分量；
计算所述电机电压直轴分量和所述电机电压交轴分量的均方根得到所述工作电压；
所述检测装置包括电压传感器，所述相电压由所述电压传感器检测获得。
3.如权利要求1所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述步骤S2中获取所述转矩电流指令的方法为：
所述变频器的转速调节器获取所述同步电机反馈的转矩电流；
所述转速调节器处理所述转矩电流得到所述转矩电流指令。
4.如权利要求1所述的同步电机转矩响应控制方法，其特征在于，所述步骤S2中通过以下公式计算获得所述磁通补偿量：
Φ＝50％*ΔIt；
其中，Φ用于表示所述磁通补偿量，ΔIt用于表示所述转矩电流指令的变化量。
5.如权利要求1所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
步骤S51、根据所述转矩电流指令计算得到所述定子绕组的直轴电流指令；
步骤S52、检测获取所述定子绕组的实际直轴电流；
步骤S53、所述变频器的直轴电流调节器处理所述直轴电流指令和所述实际直轴电流的负值，以输出一作用于所述定子绕组的直轴电压指令。
6.如权利要求5所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述步骤S51中通过以下公式计算获得所述直轴电流指令：
Figure FDA0002613230730000021
其中，
Figure FDA0002613230730000022
用于表示所述直轴电流指令，K用于表示系数常量，ΔIt用于表示所述转矩电流指令的变化量。
7.如权利要求5所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述检测装置包括电流传感器，用于检测所述同步电机的定子电流；
所述实际直轴电流为所述定子电流的直轴分量。
8.如权利要求1所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述电压调节器为PI调节器。
9.如权利要求5所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述直轴电流调节器为PI调节器。
10.如权利要求3所述的转矩响应控制方法，其特征在于，所述转速调节器为PI调节器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111395440A (zh) * 2020-04-13 2020-07-10 内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司 一种wk-10b电铲推压限位系统、限位方法以及电铲
CN113381648B (zh) * 2021-06-01 2022-10-28 青岛海尔空调器有限总公司 用于电机驱动的方法及装置、控制设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2856564B2 (ja) * 1991-04-19 1999-02-10 株式会社東芝 同期電動機の制御装置
JP3622547B2 (ja) * 1998-12-28 2005-02-23 株式会社日立製作所 同期電動機の制御装置
US8073600B2 (en) * 2005-07-11 2011-12-06 Hitachi, Ltd. Controller of field winding type synchronous motor, electric drive system, electric four wheel driving vehicle, and hybrid automobile
CN105144572B (zh) * 2013-03-18 2017-10-17 东芝三菱电机产业系统株式会社 励磁控制装置、励磁控制方法及使用它们的同步旋转设备
CN104702186B (zh) * 2014-11-27 2017-10-31 南京航空航天大学 一种混合励磁变频交流起动发电系统及其控制方法

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