CN111969920A - 永磁同步电机启动方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种永磁同步电机启动方法及其装置，该方法包括：对给定的电机转速ωe_ref积分，得到转子位置角θe；根据测量得到的两相定子电流ia和ib、以及转子位置角θe通过变换得到虚拟q轴反馈电流
Figure DDA0002619972170000011
和虚拟d轴反馈电流
Figure DDA0002619972170000012
通过PI调节以及电压补偿得到虚拟q轴参考电压
Figure DDA0002619972170000013
和虚拟d轴参考电压
Figure DDA0002619972170000014
根据虚拟d轴参考电压
Figure DDA0002619972170000015
和虚拟q轴参考电压
Figure DDA0002619972170000016
生成PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。本发明能在不注入额外高频信号的前提下，实现永磁同步电机的低速启动。

Description

永磁同步电机启动方法及其装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机启动方法及其装置。
背景技术
永磁同步电机在低转速时，反电势较低，不能直接采用基于反电势模型的滑模观测器无速度传感器控制。低速启动时若采用高频信号注入法，会产生额外的损耗，而且数字运算量较大；若采用开环IF(电流频率)控制策略，需要注入一个较大的恒定电流，无法根据负载转矩进行自动调节，空载时效率较低，负载转矩较大时不稳定容易失控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种永磁同步电机启动方法及其装置，其能在不注入额外高频信号的前提下，实现永磁同步电机的低速启动。
本发明提供了一种永磁同步电机启动方法，包括:
对给定的电机转速ωe_ref积分，得到转子位置角θe；
根据测量得到的两相定子电流ia和ib、以及转子位置角θe通过变换得到虚拟q轴反馈电流
Figure BDA0002619972150000011
和虚拟d轴反馈电流
Figure BDA0002619972150000012
将电机的瞬时无功功率Q与ωe_refLqi2之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴给定电流
Figure BDA0002619972150000013
对虚拟q轴给定电流
Figure BDA0002619972150000014
与预设的电流常量I求和，将求和的结果与虚拟q轴反馈电流
Figure BDA0002619972150000015
之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴电压
Figure BDA0002619972150000016
用q轴电压补偿量
Figure BDA0002619972150000017
补偿虚拟q轴电压
Figure BDA0002619972150000018
得到虚拟q轴参考电压
Figure BDA0002619972150000019
其中，Lq为q轴电感，i为电机的定子电流有效值，电机的瞬时无功功率Q为：
Figure BDA0002619972150000021
将虚拟d轴电流给定值
Figure BDA0002619972150000022
与虚拟d轴反馈电流
Figure BDA0002619972150000023
之间的偏差进行调节，得到虚拟d轴电压
Figure BDA0002619972150000024
用d轴电压补偿量
Figure BDA0002619972150000025
补偿虚拟d轴电压
Figure BDA0002619972150000026
得到虚拟d轴参考电压
Figure BDA0002619972150000027
其中，
Figure BDA0002619972150000028
等于0；
根据虚拟d轴参考电压
Figure BDA0002619972150000029
和虚拟q轴参考电压
Figure BDA00026199721500000210
生成PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。
本发明还提供了一种永磁同步电机启动装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行上述的永磁同步电机启动方法。
本发明至少具有以下优点：
1、本发明实施例的永磁同步电机启动方法不需要注入额外的信号，利用电机的瞬时无功功率调节转矩电流，实现了永磁同步电机的低速启动，同时能够根据负载转矩实时调节电流大小，提高了电机的控制效率和适应性；
2、本发明实施例的永磁同步电机启动方法在低速区也能实现最大转矩电流比控制，然后平滑切换到基于反电势模型的滑模观测器无速度传感器控制。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的永磁同步电机启动方法的控制原理框图。
图2示出了根据本发明一实施例的dv-qv轴坐标系与d-q轴坐标系的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步说明。
图1示出了根据本发明一实施例的永磁同步电机启动方法的控制原理框图。请参考图1，根据本发明一实施例的永磁同步电机启动方法包括以下步骤：
对给定的电机转速ωe_ref积分，得到转子位置角θe；
根据测量得到的两相定子电流ia和ib、以及转子位置角θe通过Clark变换和Park变换得到虚拟q轴反馈电流
Figure BDA00026199721500000211
和虚拟d轴反馈电流
Figure BDA00026199721500000212
将电机的瞬时无功功率Q与ωe_refLqi2之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴给定电流
Figure BDA0002619972150000031
对虚拟q轴给定电流
Figure BDA0002619972150000032
与预设的电流常量I求和，将求和的结果与虚拟q轴反馈电流
Figure BDA0002619972150000033
之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴电压
Figure BDA0002619972150000034
用q轴电压补偿量
Figure BDA0002619972150000035
补偿虚拟q轴电压
Figure BDA0002619972150000036
得到虚拟q轴参考电压
Figure BDA0002619972150000037
其中，Lq为q轴电感，i为电机的定子电流有效值，电机的瞬时无功功率Q为：
Figure BDA0002619972150000038
q轴电压补偿量
Figure BDA0002619972150000039
为：
Figure BDA00026199721500000310
其中，Lq为q轴电感，Ld为d轴电感，ψf为转子磁链，电流常量I为电机额定电流的50％～100％；
将虚拟d轴电流给定值
Figure BDA00026199721500000323
与虚拟d轴反馈电流
Figure BDA00026199721500000311
之间的偏差进行PI调节，得到虚拟d轴电压
Figure BDA00026199721500000312
用d轴电压补偿量
Figure BDA00026199721500000313
补偿虚拟d轴电压
Figure BDA00026199721500000314
得到虚拟d轴参考电压
Figure BDA00026199721500000315
其中，
Figure BDA00026199721500000316
等于0，d轴电压补偿量
Figure BDA00026199721500000317
为：
Figure BDA00026199721500000318
将虚拟d轴参考电压
Figure BDA00026199721500000319
和虚拟q轴参考电压
Figure BDA00026199721500000320
进行ipark变换(即反park变换，变换要用到前述的转子位置角θe)，得到虚拟α轴参考电压uα *和虚拟β轴参考电压uβ *，对虚拟α轴参考电压uα *和虚拟β轴参考电压uβ *进行SVPWM调制，得到三相PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。
对虚拟q轴电压
Figure BDA00026199721500000321
和虚拟d轴电压
Figure BDA00026199721500000322
进行电压补偿能够加快控制的响应速度。
进一步地，永磁同步电机启动之后以dv和d角度加权切换到基于反电动势模型的滑模观测器控制。
本实施例所述的α轴和β轴是指永磁同步电机的两相静止坐标系(α，β)，虚拟d轴和虚拟q轴是指永磁同步电机的虚拟两相旋转坐标系，而d轴和q轴是永磁同步电机的真实的两相旋转坐标系。
本实施例的电流启动控制策略是基于虚拟两相旋转坐标系与实际的两相旋转坐标系之间的关系而建立的。
图2示出了根据本发明一实施例的dv-qv坐标系与d-q轴坐标系的关系示意图。
在d-q轴坐标系(即上述的实际的两相旋转坐标系)下的稳态电压方程：
Figure BDA0002619972150000041
在dv-qv坐标系(即上述的虚拟两相旋转坐标系)中有：
Figure BDA0002619972150000042
并且：
Figure BDA0002619972150000043
将式(2)和式(3)带入(1)可得：
Figure BDA0002619972150000044
为了以最小的电流尽可能大地输出转矩，使
Figure BDA0002619972150000045
尽量逼近iq，即θ趋近于π/2，即：
Figure BDA0002619972150000046
根据式(5)来进行矢量控制，令
Figure BDA0002619972150000047
Figure BDA0002619972150000048
下面确定
Figure BDA0002619972150000049
由图2可知：
Figure BDA00026199721500000410
式中Q为电机无功功率，i为电机的定子电流有效值，结合式(5)可得：
Q＝ωeLqi2 (8)
则
Figure BDA0002619972150000051
的给定可以利用电机的无功功率调节得到，即
Figure BDA0002619972150000052
其中：
Figure BDA0002619972150000053
上述计算式中，Rs为定子绕组电阻，
Figure BDA0002619972150000054
为定子电压矢量，ωe为电机转速，Kp为PI控制器的比例增益，K为PI控制器的积分增益，s为拉普拉斯算子，虚拟d轴反馈电流
Figure BDA0002619972150000055
(即dv轴反馈电流)和虚拟q轴反馈电流
Figure BDA0002619972150000056
(即qv轴反馈电流)的初始值均为0。上述的公式(8)中的Q是预期的无功功率，作为给定指令；公式(10)中的Q是反馈的当前实际的无功功率，ωe在实际应用中用给定的电机转速ωe_ref来代替。
永磁同步电机启动时利用电机的瞬时无功功率调节转矩电流，
Figure BDA0002619972150000057
利用虚拟同步坐标系和观测器角度进行加权过渡到基于反电动势模型的滑模观测器控制。
本发明还提供了一种永磁同步电机启动装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行前述的永磁同步电机启动方法。
本发明不仅适用于具有凸极性的内嵌式永磁同步电机，也适用于表贴式永磁同步电机。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机启动方法，其特征在于，包括:
对给定的电机转速ωe_ref积分，得到转子位置角θe；
根据测量得到的两相定子电流ia和ib、以及转子位置角θe通过变换得到虚拟q轴反馈电流
Figure FDA0002619972140000011
和虚拟d轴反馈电流
Figure FDA0002619972140000012
将电机的瞬时无功功率Q与ωe_refLqi2之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴给定电流
Figure FDA0002619972140000013
对虚拟q轴给定电流
Figure FDA0002619972140000014
与预设的电流常量I求和，将求和的结果与虚拟q轴反馈电流
Figure FDA0002619972140000015
之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴电压
Figure FDA0002619972140000016
用q轴电压补偿量
Figure FDA0002619972140000017
补偿虚拟q轴电压
Figure FDA0002619972140000018
得到虚拟q轴参考电压
Figure FDA0002619972140000019
其中，Lq为q轴电感，i为电机的定子电流有效值，电机的瞬时无功功率Q为：
Figure FDA00026199721400000110
将虚拟d轴电流给定值
Figure FDA00026199721400000111
与虚拟d轴反馈电流
Figure FDA00026199721400000112
之间的偏差进行调节，得到虚拟d轴电压
Figure FDA00026199721400000113
用d轴电压补偿量
Figure FDA00026199721400000114
补偿虚拟d轴电压
Figure FDA00026199721400000115
得到虚拟d轴参考电压
Figure FDA00026199721400000116
其中，
Figure FDA00026199721400000117
等于0；
根据虚拟d轴参考电压
Figure FDA00026199721400000118
和虚拟q轴参考电压
Figure FDA00026199721400000119
生成PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。
2.如权利要求1所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，q轴电压补偿量
Figure FDA00026199721400000120
为：
Figure FDA00026199721400000121
其中，Ld为d轴电感，ψf为转子磁链。
3.如权利要求1所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，d轴电压补偿量
Figure FDA00026199721400000122
为：
Figure FDA00026199721400000123
4.如权利要求1所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，将电机的瞬时无功功率Q与ωe_refLqi2之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴给定电流
Figure FDA00026199721400000124
5.如权利要求1或4所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，
将虚拟q轴给定电流
Figure FDA0002619972140000021
和预设的电流常量I求和的结果与虚拟的q轴电流实际值
Figure FDA0002619972140000022
之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴电压
Figure FDA0002619972140000023
将虚拟d轴电流给定值
Figure FDA0002619972140000024
与虚拟d轴电流实际值
Figure FDA0002619972140000025
之间的偏差进行PI调节，得到虚拟d轴参考电压
Figure FDA0002619972140000026
6.如权利要求1所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，电流常量I为电机额定电流的50％～100％。
7.一种永磁同步电机启动装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1至5中任何一项所述的永磁同步电机启动方法。
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