CN110829917A - 一种永磁同步电机的弱磁控制系统及方法 - Google Patents

一种永磁同步电机的弱磁控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的弱磁控制系统及方法；所述弱磁控制系统包括PI控制器，所述PI控制器分别与电压调节器、电流调节器电连接，所述电流控制器通过双输出电压Uq、Ud控制空间矢量脉宽调制SVPWM，所述空间矢量脉宽调制SVPWM的输出端与永磁同步电机PMSM的输入端电连接，所述电压调节器用于控制双输出电压Uq、Ud，所述永磁同步电机PMSM所输出的三相电流通过转速/位置调节模块与坐标转换模块得到两相电流iq、id，所述两相电流iq、id与电流调节器相连接。本发明的PMSM弱磁控制通过两相电流iq、id与电流调节器反馈两相电流的幅值，或者调节定子端电压Us的数值，使电磁转矩改变，从而实现弱磁功能，反应速度加快，参数调节变得容易。

Description

一种永磁同步电机的弱磁控制系统及方法
技术领域
本发明涉及同步电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机的弱磁控制系统及方法。
背景技术
PMSM电机因为永磁体的存在，高速时反电动势会超过加载电压，必须施加弱磁电流降低直轴磁通量，目前通常采用的控制方式在外面加上电压外环，该外环通过给定额定母线电压乘一个比例，反馈是当前母线电压，输出是直轴弱磁电流的增量，内环是两个电流环，直轴电流环给定是直轴电流加电压外环输出的直轴电流增量，反馈是电流测量值经过Clarke、Park变换后得到的直轴电流，输出是直轴电压。交轴电流环给定是交轴电流，反馈是电流测量值经过Clarke、Park变换后得到的交轴电流，输出是交轴电压。但是一般电压环反应较慢，纯粹使用电压环控制弱磁电流，很难达到较好的效果。大部分情况下，还需要增加查表，根据以扭矩和转速为二维索引做表，指定在某个转速下，某扭矩需要的直轴弱磁电流和交轴电流，电压环在此基础上微调。
现有永磁同步电机的弱磁控制系统的不足之处：电动机定子电流直轴分量所形成的去磁磁动势作用会导致永磁体性能变坏，此外，随着电机转速的升高，由于供电电压的限制，也会影响电机的电磁转矩的性能，影响电机高速运行的范围及稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步电机的弱磁控制系统及方法，通过两相电流iq、id与电流调节器反馈两相电流的幅值，或者调节定子端电压Us的数值，使电磁转矩改变，从而实现弱磁功能，反应速度加快，参数调节变得容易的优点，解决了现有永磁同步电机的弱磁控制系统的电动机定子电流直轴分量所形成的去磁磁动势作用会导致永磁体性能变坏，此外，随着电机转速的升高，由于供电电压的限制，也会影响电机的电磁转矩的性能的问题。
根据本发明实施例的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，包括PI控制器，所述PI控制器分别与电压调节器、电流调节器电连接，所述电流控制器通过双输出电压Uq、Ud控制空间矢量脉宽调制SVPWM，所述空间矢量脉宽调制SVPWM的输出端与永磁同步电机PMSM的输入端电连接，所述电压调节器用于控制双输出电压Uq、Ud，所述永磁同步电机PMSM所输出的三相电流通过转速/位置调节模块与坐标转换模块得到两相电流iq、id，所述两相电流iq、id与电流调节器相连接，所述电流调节器用于反馈两相电流的幅值，所述幅值I＝(iq2+id2)0.5,所述幅值I的数值输送至PI控制器内存储。
进一步的，所述永磁同步电机PMSM的输入端还连接有逆变器，所述逆变器的输入端连接有直流电源。
进一步的，所述直流电源的输出端与空间矢量脉宽调制SVPWM的输入端相连接。
进一步的，所述电压调节器包括电压修正值模块，所述电压修正值模块用于对所反馈的Uq、Ud电压值进行修正。
进一步的，所述电压修正值模块所修正的电压为定子端电压Us，所述定子端电压Us＝(Ud2+Uq2)0.5。
进一步的，所述电压修正值模块计算出永磁同步电机PMSM的额定电压与定子端电压Us的差值电压，所述差值电压输送至PI控制器内存储。
进一步的，所述逆变器采用的为IGBT逆变器。
进一步的，所述坐标转换模块的输出端与空间矢量脉宽调制SVPWM的输入端电连接。
一种永磁同步电机的弱磁控制方法，具体操作步骤如下：
S1：直流电源供电，永磁同步电机PMSM启动，转速/位置调节模块与坐标转换模块对两相电流iq、id进行转换，并输送至电流调节器内；
S2：电流调节器与空间矢量脉宽调制SVPWM两侧的电压由电压调节器所测量出，并测量出定子端电压Us，最终定子端电压Us输送至PI控制器内；
S3：电流调节器可测算出两相电流的幅值I，两相电流的幅值I的具体数值也存储至PI控制器；
S4：通过PI控制器对定子端电压Us、两相电流的幅值I转换出永磁同步电机PMSM与电磁转矩呈负相关，即通过电压修正值模块即可完成电磁转矩的调节，即可实现永磁同步电机的弱磁控制。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：PMSM弱磁控制通过两相电流iq、id与电流调节器反馈两相电流的幅值，或者调节定子端电压Us的数值，使电磁转矩改变，从而实现弱磁功能，反应速度加快，参数调节变得容易；
2、通过对永磁同步电机弱磁控制原理的分析，所设计的弱磁控制系统调速稳定，响应速度快，同时，电机无论是在升速、恒转速行还是弱磁运行时，电磁转矩均处于稳定趋势，并且电流、磁链也相对稳定，从而提高了电机高速运行的范围及弱磁控制的稳定性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的一种永磁同步电机的弱磁控制系统的结构示意图；
图2为本发明提出的一种永磁同步电机的弱磁控制系统中电压调节器的结构示意图；
图3为本发明提出的一种永磁同步电机的弱磁控制系统中电机运转时电磁转矩的变化图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-2，一种永磁同步电机的弱磁控制系统，包括PI控制器，PI控制器分别与电压调节器、电流调节器电连接，电流控制器通过双输出电压Uq、Ud控制空间矢量脉宽调制SVPWM，空间矢量脉宽调制SVPWM的输出端与永磁同步电机PMSM的输入端电连接，电压调节器用于控制双输出电压Uq、Ud，永磁同步电机PMSM所输出的三相电流通过转速/位置调节模块与坐标转换模块得到两相电流iq、id，两相电流iq、id与电流调节器相连接，电流调节器用于反馈两相电流的幅值，幅值I＝(iq2+id2)0.5,幅值I的数值输送至PI控制器内存储，PMSM弱磁控制通过两相电流iq、id与电流调节器反馈两相电流的幅值，或者调节定子端电压Us的数值，使电磁转矩改变，从而实现弱磁功能，反应速度加快，参数调节变得容易。
永磁同步电机PMSM的输入端还连接有逆变器，逆变器的输入端连接有直流电源；直流电源的输出端与空间矢量脉宽调制SVPWM的输入端相连接；电压调节器包括电压修正值模块，电压修正值模块用于对所反馈的Uq、Ud电压值进行修正；电压修正值模块所修正的电压为定子端电压Us，定子端电压Us＝(Ud2+Uq2)0.5；电压修正值模块计算出永磁同步电机PMSM的额定电压与定子端电压Us的差值电压，差值电压输送至PI控制器内存储；逆变器采用的为IGBT逆变器，从而实现快速直流转交流的功能；坐标转换模块的输出端与空间矢量脉宽调制SVPWM的输入端电连接，便于输送当前iq、id的信号值至空间矢量脉宽调制SVPWM内。
一种永磁同步电机的弱磁控制方法，具体操作步骤如下：
S1：直流电源供电，永磁同步电机PMSM启动，转速/位置调节模块与坐标转换模块对两相电流iq、id进行转换，并输送至电流调节器内；
S2：电流调节器与空间矢量脉宽调制SVPWM两侧的电压由电压调节器所测量出，并测量出定子端电压Us，最终定子端电压Us输送至PI控制器内；
S3：电流调节器可测算出两相电流的幅值I，两相电流的幅值I的具体数值也存储至PI控制器，通过对永磁同步电机弱磁控制原理的分析，所设计的弱磁控制系统调速稳定，响应速度快；
S4：通过PI控制器对定子端电压Us、两相电流的幅值I转换出永磁同步电机PMSM与电磁转矩呈负相关，即通过电压修正值模块即可完成电磁转矩的调节，即可实现永磁同步电机的弱磁控制。
参照图3，永磁同步电机PMSM运转时的电磁转矩变化图，电机无论是在升速、恒转速行还是弱磁运行时，电磁转矩均处于稳定趋势，并且电流、磁链也相对稳定，从而提高了电机高速运行的范围及弱磁控制的稳定性。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：包括PI控制器，所述PI控制器分别与电压调节器、电流调节器电连接，所述电流控制器通过双输出电压Uq、Ud控制空间矢量脉宽调制SVPWM，所述空间矢量脉宽调制SVPWM的输出端与永磁同步电机PMSM的输入端电连接，所述电压调节器用于控制双输出电压Uq、Ud，所述永磁同步电机PMSM所输出的三相电流通过转速/位置调节模块与坐标转换模块得到两相电流iq、id，所述两相电流iq、id与电流调节器相连接，所述电流调节器用于反馈两相电流的幅值，所述幅值I＝(iq2+id2)0.5,所述幅值I的数值输送至PI控制器内存储。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：所述永磁同步电机PMSM的输入端还连接有逆变器，所述逆变器的输入端连接有直流电源。
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：所述直流电源的输出端与空间矢量脉宽调制SVPWM的输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：所述电压调节器包括电压修正值模块，所述电压修正值模块用于对所反馈的Uq、Ud电压值进行修正。
5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：所述电压修正值模块所修正的电压为定子端电压Us，所述定子端电压Us＝(Ud2+Uq2)0.5。
6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：所述电压修正值模块计算出永磁同步电机PMSM的额定电压与定子端电压Us的差值电压，所述差值电压输送至PI控制器内存储。
7.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：所述逆变器采用的为IGBT逆变器。
8.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于：所述坐标转换模块的输出端与空间矢量脉宽调制SVPWM的输入端电连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
S1：直流电源供电，永磁同步电机PMSM启动，转速/位置调节模块与坐标转换模块对两相电流iq、id进行转换，并输送至电流调节器内；
S2：电流调节器与空间矢量脉宽调制SVPWM两侧的电压由电压调节器所测量出，并测量出定子端电压Us，最终定子端电压Us输送至PI控制器内；
S3：电流调节器可测算出两相电流的幅值I，两相电流的幅值I的具体数值也存储至PI控制器；
S4：通过PI控制器对定子端电压Us、两相电流的幅值I转换出永磁同步电机PMSM与电磁转矩呈负相关，即通过电压修正值模块即可完成电磁转矩的调节，即可实现永磁同步电机的弱磁控制。
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