CN109546909A - 一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法 - Google Patents

一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法，其通过零电流控制和锁相环反馈等结合的算法得到转子转速ω和相位θ，对电机转速实现追踪启动，本算法简单可靠，搜索时间短，无论电机转速高低，电机再启动过程中，电流在额定范围以内，母线电压几乎无抬升，启动过程平滑。

Description

一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法
技术领域
本发明涉及同步电机控制领域，特别涉及一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法。
背景技术
在采用永磁同步电机调速的场合中常会用到转速追踪启动功能，即直接启动旋转中的同步电机，比如自由运行中的风机水泵重启，瞬时停电复电后的继续运行等。如果要重新控制电机必须先获取电机的转速，否则在启动过程中会造成过流、过压等故障导致启动失败。在采用无速度传感器控制模式场合，由于无编码器，只能通过软件内部在启动时进行速度估算后才能进行重启。
中国专利CN107134963A对永磁同步电机进行零电流控制得到定子电压和相位。该方法的零电流控制是在静止坐标系下进行，由于电流是正弦量，对于电机高速运行场合，电流闭环PI调节收敛过程异常慢，有可能导致母线电压升高报过压故障。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种稳定可靠的交流永磁同步电机转速追踪启动方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法，其步骤为：
A、当同步电机转速跟踪启动时，通过d,q轴电流指令给定为0，经过电流闭环调节给电机输入一固定有序电压，将检测到的永磁同步电机三相定子电流ia，ib，ic进行Clark变换，转换得到两相静止坐标系下的电流分量iα，iβ，
具体为：
计算电流幅值电流角度
所述isα，isβ分别为α轴定子电流，β轴定子电流；
B、根据实时计算的Imag判断其是否达到设定的电流阈值Ith，所述Ith定为电机额定电流的5％，若Imag＞Ith，则再等一个控制周期后，计算Imag1和θcur1，计算电流角度增量为Δθcur＝θcur1-θcur，Δθcur＞0，则电机正转，Δθcur＜0，则电机反转，然后进入下一步；否则一直执行此步骤；
C、零电流控制；
(1)根据步骤B中电机旋转方向，由反电势，电流和磁链向量关系得到磁链初始角度θ，即：
(2)给定对电流进行旋转坐标系下的闭环PI控制，在此过程中，电流变换角度，也即磁链角是通过锁相环得到，锁相环得到磁链角的过程为：通过电流闭环控制得到d轴和q轴电压指令，然后用d轴电压指令减去定子电阻压降得到反电势在d轴上的分量，通过PI控制器将反电势d轴分量控制为零，锁相环输出为选取合适的锁相环初始值ω*，最终转子转速为对ω积分得到磁链角度
(3)在(2)的述基础上，当检测到的电流幅值小于设定的电流阈值Ith，认为零电流控制完成，此时锁相环输出即为当前电机的转速ω，当前反电势大小为
D、若反电势E大于设定的电压阈值Uth，则锁相环输出的电机转速是准确的，因此以锁相得到的ω和相位θ作为初值赋给开环矢量算法切换到正常运行模式；若反电势E不大于阈值Uth，锁相环输出的转速可能有一定偏差，此时对电流实施的电流闭环控制，磁链角度仍旧用锁相环得到，经过设定的时间T后，以锁相环输出的转速和相位为开环矢量算法的初值切换到正常运行模式，最后升频到设定的输出频率，结束整个转速追踪启动过程。
本发明的有益效果是：本算法简单可靠，搜索时间短，无论电机转速高低，电机再启动过程中，电流在额定范围以内，母线电压几乎无抬升，启动过程平滑。
附图说明
图1为零电流控制框图。
图2为电机正转时，反电势、电流向量、磁链关系图。
图3为电机反转时，反电势、电流向量、磁链关系图。
图4为22kW同步电机高速时(100％额定转速)转速追踪启动波形，通道1为电机电流，通道2为母线电压。
图5为22kW同步电机中速时(50％额定转速)转速追踪启动波形，通道1为电机电流，通道2为母线电压。
图6为22kW同步电机低速时(10％额定转速)转速追踪启动波形，通道1为电机电流，通道2为母线电压。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图3所示的一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法，其步骤为：
A、当同步电机转速跟踪启动时，通过d,q轴电流指令给定为0，经过电流闭环调节给电机输入一固定有序电压，将检测到的永磁同步电机三相定子电流ia，ib，ic进行Clark变换，转换得到两相静止坐标系下的电流分量iα，iβ，
具体为：
计算电流幅值电流角度
所述isα，isβ分别为α轴定子电流，β轴定子电流；
B、根据实时计算的Imag判断其是否达到设定的电流阈值Ith，所述Ith定为电机额定电流的5％，若Imag＞Ith，则再等一个控制周期后，计算Imag1和θcur1，计算电流角度增量为Δθcur＝θcur1-θcur，Δθcur＞0，则电机正转，Δθcur＜0，则电机反转，然后进入下一步；否则一直执行此步骤；
C、零电流控制；
(1)根据步骤B中电机旋转方向，由反电势，电流和磁链向量关系得到磁链初始角度θ，即：
(2)给定对电流进行旋转坐标系下的闭环PI控制，在此过程中，电流变换角度，也即磁链角是通过锁相环得到，这里要将电流变换到旋转坐标系下控制是因为，在静止坐标系下，反馈的电流iα，iβ为交流量。在电机转速较高或者电流控制器响应较慢的场合，用PI控制器将电流控制到0的过程异常缓慢，电机长时间处于发电状态可能导致过电压故障，锁相环得到磁链角的过程为：通过电流闭环控制得到d轴和q轴电压指令，然后用d轴电压指令减去定子电阻压降得到反电势在d轴上的分量，通过PI控制器将反电势d轴分量控制为零，锁相环输出为选取合适的锁相环初始值ω*，最终转子转速为对ω积分得到磁链角度ω*的选取对锁相环收敛速度影响较大，一种方法是选为停机瞬间的输出频率，另一种方法是选取0赫兹，通过选取合适的PI参数均能使锁相环较快收敛；
(3)在(2)的述基础上，电机电流将较快的控制到0附近，当检测到的电流幅值小于设定的电流阈值Ith，认为零电流控制完成，此时锁相环输出即为当前电机的转速ω，当前反电势大小为
D、若反电势E大于设定的电压阈值Uth，则锁相环输出的电机转速是准确的，因此以锁相得到的ω和相位θ作为初值赋给开环矢量算法切换到正常运行模式；若反电势E不大于阈值Uth，锁相环输出的转速可能有一定偏差，此时对电流实施的电流闭环控制，磁链角度仍旧用锁相环得到，经过设定的时间T后，以锁相环输出的转速和相位为开环矢量算法的初值切换到正常运行模式，最后升频到设定的输出频率，结束整个转速追踪启动过程，本文选取Uth为5％额定反电势，Id为10％电机额定电流，T选为20ms。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种交流永磁同步电机转速追踪启动方法，其步骤为：
A、当同步电机转速跟踪启动时，通过d,q轴电流指令给定为0，经过电流闭环调节给电机输入一固定有序电压，将检测到的永磁同步电机三相定子电流ia，ib，ic进行Clark变换，转换得到两相静止坐标系下的电流分量iα，iβ，
具体为：
计算电流幅值电流角度
所述isα，isβ分别为α轴定子电流，β轴定子电流；
B、根据实时计算的Imag判断其是否达到设定的电流阈值Ith，所述Ith定为电机额定电流的5％，若Imag＞Ith，则再等一个控制周期后，计算Imag1和θcur1，计算电流角度增量为Δθcur＝θcur1-θcur，Δθcur＞0，则电机正转，Δθcur＜0，则电机反转，然后进入下一步；否则一直执行此步骤；
C、零电流控制；
(1)根据步骤B中电机旋转方向，由反电势，电流和磁链向量关系得到磁链初始角度θ，即：
(2)给定对电流进行旋转坐标系下的闭环PI控制，在此过程中，电流变换角度，也即磁链角是通过锁相环得到，锁相环得到磁链角的过程为：通过电流闭环控制得到d轴和q轴电压指令，然后用d轴电压指令减去定子电阻压降得到反电势在d轴上的分量，通过PI控制器将反电势d轴分量控制为零，锁相环输出为选取合适的锁相环初始值ω*，最终转子转速为对ω积分得到磁链角度
(3)在(2)的述基础上，当检测到的电流幅值小于设定的电流阈值Ith，认为零电流控制完成，此时锁相环输出即为当前电机的转速ω，当前反电势大小为
D、若反电势E大于设定的电压阈值Uth，则锁相环输出的电机转速是准确的，因此以锁相得到的ω和相位θ作为初值赋给开环矢量算法切换到正常运行模式；若反电势E不大于阈值Uth，锁相环输出的转速可能有一定偏差，此时对电流实施的电流闭环控制，磁链角度仍旧用锁相环得到，经过设定的时间T后，以锁相环输出的转速和相位为开环矢量算法的初值切换到正常运行模式，最后升频到设定的输出频率，结束整个转速追踪启动过程。
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