CN111478635B - 一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法，包括：基于电励磁同步电机的电机铭牌参数和数据表参数计算设定功率时的功角；将磁场分量和转矩分量变换成定子电流D轴分量和定子电流Q轴分量；基于电励磁同步电机的数据表参数计算Q轴电枢反应电感标幺值和D轴电枢反应电感标幺值，将转子空载励磁电流和转子满载励磁电流折算到定子侧以获得定子侧转子空载励磁电流和定子侧转子满载励磁电流；基于定子电流D轴分量、定子电流Q轴分量、定子侧转子空载励磁电流、定子侧转子满载励磁电流、D轴电枢反应电感标幺值和Q轴电枢反应电感标幺值计算空载磁链幅值和满载磁链幅值；基于空载磁链幅值和满载磁链幅值计算磁链系数。本发明能方便有效地计算磁链系数。

Description

一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法

技术领域

本发明涉及电励磁同步电机领域，更具体地说，涉及一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，电机已经成为各工矿企业的主要动力源，其交流调速系统性能已经越来越趋于完善，但现有交流调速技术并非完美无缺，还有许多方面需要攻克和完善。矢量控制技术作为交流调速技术的主力，得到越来越多的应用。

电励磁同步电机通常采用气隙磁链定向矢量控制。采用该方法在控制时需要观测磁链的大小，以进行闭环调节。简单易用的一种方法是根据励磁电流大小来计算磁链，但在实际的电励磁同步电机中磁通密度与磁势之间呈非线性关系，即磁链与电流的关系是非线性的。那么就需要事先得到磁化曲线与反磁化曲线，尤其是需要获得磁链系数，而目前尚没有能够方便有效地的计算磁链系数的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法，其能够根据电励磁同步电机铭牌参数和数据表参数方便有效地计算该电励磁同步电机的磁链系数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法，包括：

S1、基于电励磁同步电机的电机铭牌参数和数据表参数计算设定功率时的功角；

S2、计算电励磁同步电机的定子电流的磁场分量和转矩分量并基于所述功角将所述磁场分量和所述转矩分量变换成定子电流D轴分量和定子电流Q轴分量；

S3、基于所述电励磁同步电机的所述数据表参数计算Q轴电枢反应电感标幺值和D轴电枢反应电感标幺值，并基于电流产生的磁链相等的原则将转子空载励磁电流和转子满载励磁电流折算到定子侧以获得定子侧转子空载励磁电流和定子侧转子满载励磁电流；

S4、基于所述到定子电流D轴分量、所述定子电流Q轴分量、所述定子侧转子空载励磁电流、所述定子侧转子满载励磁电流、所述D轴电枢反应电感标幺值和所述Q轴电枢反应电感标幺值计算空载磁链幅值和满载磁链幅值；

S5、基于所述空载磁链幅值和所述满载磁链幅值计算所述磁链系数。

在本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法中，所述设定功率为额定功率，所述电机铭牌参数包括定子电流I_n、额定电压U_n、额定功率因数cosφ；所述数据表参数包括转子空载励磁电流i_f1、转子满载励磁电流i_f2，D轴同步电抗X_d、Q轴同步电抗X_q、电枢漏抗X_s。

在本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法中，所述步骤S1进一步包括：基于以下公式计算功角δ：

E'＝V_a-j·X_q·I_a；

其中Va是a相电压，E’是a相反电势；j是向量算子。

在本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法中，所述步骤S2进一步包括：

S21、基于以下公式将定子电流I_n分解成磁场分量i_sm和转矩分量i_st：

S22、利用派克变换基于所述功角将磁场分量i_sm和转矩分量i_st变换成定子电流D轴分量i_d和定子电流Q轴分量i_q

在本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法中，所述步骤S3进一步包括：

S31、基以下公式计算转子空载励磁电流i_f1s和转子满载励磁电流i_f2s的折算系数i_fn、D轴电枢反应电感标幺值L_{md_pu}和Q轴电枢反应电感标幺值L_{mq_pu}：

L_{md_pu}＝L_{d_pu}-L_{s_pu}；

L_{mq_pu}＝L_{q_pu}-L_{s_pu}；

其中Zb是定子阻抗基值；

S32、基于以下公式根据所述折算系数i_fn计算定子侧转子空载励磁电流i_f1s和定子侧转子满载励磁电流i_f2s：

在本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法中，所述步骤S4进一步包括：

S41、基于以下公式计算空载磁链幅值ψ₁：

ψ₁＝i_f1s·L_{md_pu}；

S42、基于以下公式计算满载磁链幅值ψ₂：

在本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法中，所述步骤S5进一步包括：基于以下公式计算所述磁链系数k：

k＝ψ₁ψ₂。

在本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法中，进一步包括：

S6、基于不同的设定功率，重复执行步骤S1-S5，以计算多个所述磁链系数k。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法。

实施本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法，能够根据电励磁同步电机铭牌参数和数据表参数方便有效地计算该电励磁同步电机的磁链系数，从而将磁链系数有效用于电励磁同步电机的控制过程。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的电励磁同步电机磁链系数的计算方法的优选实施例的流程图；

图2是本发明的优选计算功角的矢量图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法，包括：S1、基于电励磁同步电机的电机铭牌参数和数据表参数计算设定功率时的功角；S2、计算电励磁同步电机的定子电流的磁场分量和转矩分量并基于所述功角将所述磁场分量和所述转矩分量变换成定子电流D轴分量和定子电流Q轴分量；S3、基于所述电励磁同步电机的所述数据表参数计算Q轴电枢反应电感标幺值和D轴电枢反应电感标幺值，并基于电流产生的磁链相等的原则将转子空载励磁电流和转子满载励磁电流折算到定子侧以获得定子侧转子空载励磁电流和定子侧转子满载励磁电流；S4、基于所述到定子电流D轴分量、所述定子电流Q轴分量、所述定子侧转子空载励磁电流、所述定子侧转子满载励磁电流、所述D轴电枢反应电感标幺值和所述Q轴电枢反应电感标幺值计算空载磁链幅值和满载磁链幅值；S5、基于所述空载磁链幅值和所述满载磁链幅值计算所述磁链系数。

本发明的原理是，先计算电机工作时的功角，其次将励磁电流和转矩电流通过Park变换由MT轴转到DQ轴，然后是将转子励磁电流折算到定子侧，最后是通过空载与满载磁链基本不变的原则得出磁链系数。实施本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法，能够根据电励磁同步电机铭牌参数和数据表参数方便有效地计算该电励磁同步电机的磁链系数，从而将磁链系数有效用于电励磁同步电机的控制过程。

图1是本发明的电励磁同步电机磁链系数的计算方法的优选实施例的流程图。如图1所示，在步骤S1中，基于电励磁同步电机的电机铭牌参数和数据表参数计算设定功率时的功角。在本发明的优选实施例中，所述电机铭牌参数包括定子电流I_n、额定电压U_n、额定功率因数cosφ；所述数据表参数包括转子空载励磁电流i_f1、转子满载励磁电流i_f2，D轴同步电抗X_d、Q轴同步电抗X_q、电枢漏抗X_s。本领域技术人员知悉，当所述设定功率为额定功率时，定子电流I_n即为额定电流I_n。在本发明的优选实施例中，可以根据图2所示的矢量图来计算电励磁同步电机的功角，可以基于以下公式计算功角δ：

E'＝V_a-j·X_q·I_a；

其中Va是a相电压，E’是a相反电势；j是向量算子。

例如优选的，假定额定电压U_n＝10000V，定子电流I_n＝468A，额定功率因数cosφ＝0.9(超前)，定子空载励磁电流i_f1＝175A，定子满载励磁电流i_f2＝371A，D轴同步电抗X_d＝17.72Ω，Q轴同步电抗X_q＝10.65Ω，电枢漏抗X_s＝1.57Ω；a相电压

E’是a相反电势，j是向量算子；那么计算

I_a＝I_n·e^jφ＝468×e^j25.84

E'＝V_a-j·X_q·I_a＝5773-j10.65×(468e^j25.84)＝9123e^-j29.44

因此功角δ＝29.44。

在本发明的其他优选实施例中，可以采用其他功率进行相关计算，例如采用额定功率的相关百分比，例如50％额定功率，通过测量获得在该功率处的上述定子电流、设定电压、设定功率因数、定子空载励磁电流、定子满载励磁电流、D轴同步电抗、Q轴同步电抗、电枢漏抗、向量算子j、a相电压、a相反电势，从而进行功角的计算。

在步骤S2中，计算电励磁同步电机的定子电流的磁场分量和转矩分量并基于所述功角将所述磁场分量和所述转矩分量变换成定子电流D轴分量和定子电流Q轴分量。

在本发明的一个优选实施例中，该步骤S2进一步包括：

S21、基于以下公式将定子电流I_n分解成磁场分量i_sm和转矩分量i_st：

S22、利用派克变换基于所述功角将磁场分量i_sm和转矩分量i_st变换成定子电流D轴分量i_d和定子电流Q轴分量i_q

本领域技术人员知悉，电励磁同步电机工作时会发生电枢反应，定子电流的磁场分量i_sm产生磁势抵消转子磁链，因此需要将定子电流分解为磁场分量i_sm和转矩分量i_st，在忽略铜损的情况下，近似认为：

由Park变换将i_sm和i_st变换成D轴和Q轴，获得定子电流D轴分量i_d、所述定子电流Q轴分量i_q：

i_d＝i_sm·cosδ+i_st·sinδ＝203.5×0.87+421.2×0.49＝383.4A

i_q＝i_st·cosδ-i_sm·sinδ＝421.2×0.87+203.5×0.49＝266.7A。

在本发明的其他优选实施例中，当采用不同的额定功率时，其计算方式类似，在此就不再累述了。

在步骤S3中，基于所述电励磁同步电机的所述数据表参数计算Q轴电枢反应电感标幺值和D轴电枢反应电感标幺值，并基于电流产生的磁链相等的原则将转子空载励磁电流和转子满载励磁电流折算到定子侧以获得定子侧转子空载励磁电流和定子侧转子满载励磁电流。

在本发明的优选实施例中，所述步骤S3进一步包括：S31、基以下公式计算转子空载励磁电流i_f1s和转子满载励磁电流i_f2s的折算系数i_fn、D轴电枢反应电感标幺值L_{md_pu}和Q轴电枢反应电感标幺值L_{mq_pu}：

L_{md_pu}＝L_{d_pu}-L_{s_pu}；

L_{mq_pu}＝L_{q_pu}-L_{s_pu}；

其中Zb是定子阻抗基值；

S32、基于以下公式根据所述折算系数i_fn计算定子侧转子空载励磁电流i_f1s和定子侧转子满载励磁电流i_f2s：

在本发明的优选实施例中，

转子空载励磁电流

转子满载励磁电流

在本发明的其他优选实施例中，当采用不同的额定功率时，其计算方式类似，在此就不再累述了。

在步骤S4中，基于所述到定子电流D轴分量、所述定子电流Q轴分量、所述定子侧转子空载励磁电流、所述定子侧转子满载励磁电流、所述D轴电枢反应电感标幺值和所述Q轴电枢反应电感标幺值计算空载磁链幅值和满载磁链幅值。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S4进一步包括：

S41、基于以下公式计算空载磁链幅值ψ₁：

ψ₁＝i_f1s·L_{md_pu}；

S42、基于以下公式计算满载磁链幅值ψ₂：

在本发明的优选实施例中，空载时定子电流为0，没有电枢反应，所以只有D轴磁链，因此空载磁链幅值ψ₁：

ψ₁＝i_f1s·L_{md_pu}＝505×1.309＝661。

在本发明的优选实施例中，满载时，定子电流有电枢反应，需用D轴磁链和Q轴磁链计算满载磁链幅值ψ₂。

在本发明的其他优选实施例中，当采用不同的额定功率时，其计算方式类似，在此就不再累述了。

在步骤S5中，基于所述空载磁链幅值和所述满载磁链幅值计算所述磁链系数。在本发明的优选实施例中，所述磁链系数k＝ψ₁/ψ₂。

由于电流和磁链的非线性，额定励磁电流时，磁链并非就是按满载励磁电流/空载励磁电流的比例增大，而是按照磁链系数K，因为电励磁同步电机在空载和额定负载时，气隙磁链幅值基本不变，所以有如下关系：

k·ψ₂＝ψ₁

k＝ψ₁/ψ₂＝661/923＝0.716。

在本发明的其他优选实施例中，当采用不同的额定功率时，其计算方式类似，在此就不再累述了。

在本发明的进一步的优选实施例中，可以在不同的额定功率，重复上述步骤S1-S5的计算过程，从而计算出多个不同的K值，从而可以进一步的构建磁链系数曲线。

实施本发明所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法，能够根据电励磁同步电机铭牌参数和数据表参数方便有效地计算该电励磁同步电机的磁链系数，从而将磁链系数有效用于电励磁同步电机的控制过程。进一步地，还可以在不同的功率处进行相关计算，从而获得磁链系数曲线。

本发明的另一个实施例提供一种可机读存储器和/或存储介质，其内存储的机器代码和/或计算机程序包括至少一个代码段，由处理器和/或计算机执行而使得该机器和/或计算机执行本申请中描述电励磁同步电机磁链系数的计算方法的各个步骤。

本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，可以实现本发明的方法。本文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后实现特定功能：a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电励磁同步电机磁链系数的计算方法，其特征在于，包括：

S1、基于电励磁同步电机的电机铭牌参数和数据表参数计算设定功率时的功角；

S2、计算电励磁同步电机的定子电流的磁场分量和转矩分量并基于所述功角将所述磁场分量和所述转矩分量变换成定子电流D轴分量和定子电流Q轴分量；

S3、基于所述电励磁同步电机的所述数据表参数计算Q轴电枢反应电感标幺值和D轴电枢反应电感标幺值，并基于电流产生的磁链相等的原则将转子空载励磁电流和转子满载励磁电流折算到定子侧以获得定子侧转子空载励磁电流和定子侧转子满载励磁电流；

S4、基于所述定子电流D轴分量、所述定子电流Q轴分量、所述定子侧转子空载励磁电流、所述定子侧转子满载励磁电流、所述D轴电枢反应电感标幺值和所述Q轴电枢反应电感标幺值计算空载磁链幅值和满载磁链幅值；

S5、基于所述空载磁链幅值和所述满载磁链幅值计算所述磁链系数；

所述步骤S3进一步包括：

S31、基于以下公式计算转子空载励磁电流i_f1s和转子满载励磁电流i_f2s的折算系数i_fn、D轴电枢反应电感标幺值L_{md_pu}和Q轴电枢反应电感标幺值L_{mq_pu}：

L_{md_pu}＝L_{d_pu}-L_{s_pu}；

L_{mq_pu}＝L_{q_pu}-L_{s_pu}；

其中Zb是定子阻抗基值；

S32、基于以下公式根据所述折算系数i_fn计算定子侧转子空载励磁电流i_f1s和定子侧转子满载励磁电流i_f2s：

所述步骤S4进一步包括：

S41、基于以下公式计算空载磁链幅值ψ₁：

ψ₁＝i_f1s·L_{md_pu}；

S42、基于以下公式计算满载磁链幅值ψ₂：

所述步骤S5进一步包括：基于以下公式计算所述磁链系数k：

k＝ψ₁/ψ₂；

所述设定功率为额定功率，所述电机铭牌参数包括定子电流I_n、额定电压U_n、额定功率因数

所述数据表参数包括转子空载励磁电流i_f1、转子满载励磁电流i_f2，D轴同步电抗X_d、Q轴同步电抗X_q、电枢漏抗X_s；其中i_d表示定子电流D轴分量；i_q表示定子电流Q轴分量。

2.根据权利要求1所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：基于以下公式计算功角δ：

E′＝V_a-j·X_q·I_a；

其中Va是a相电压，E’是a相反电势；j是向量算子。

3.根据权利要求2所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

S21、基于以下公式将定子电流I_n分解成磁场分量i_sm和转矩分量i_st：

S22、利用派克变换基于所述功角将磁场分量i_sm和转矩分量i_st变换成定子电流D轴分量i_d和定子电流Q轴分量i_q

i_q＝i_st·cosδ-i_sm·sinδ；

i_d＝i_sm·cosδ+i_st·sinδ。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法，其特征在于，进一步包括：

S6、基于不同的设定功率，重复执行步骤S1-S5，以计算多个所述磁链系数k。

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的电励磁同步电机磁链系数的计算方法。

Images