RU2771632C2 - Способ управления синхронной электрической машиной - Google Patents
Способ управления синхронной электрической машиной Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771632C2 RU2771632C2 RU2020118445A RU2020118445A RU2771632C2 RU 2771632 C2 RU2771632 C2 RU 2771632C2 RU 2020118445 A RU2020118445 A RU 2020118445A RU 2020118445 A RU2020118445 A RU 2020118445A RU 2771632 C2 RU2771632 C2 RU 2771632C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- electric machine
- control
- calculating
- synchronous
- Prior art date
Links
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Группа изобретений относится к устройству для управления синхронным двигателем. Способ управления синхронной трехфазной электрической машиной, содержащей статор и ротор, заключается в том, что измеряют токи первой и второй фаз упомянутого статора, измеряют угловое положение ротора, вычисляют упомянутые токи, измеренные в системе (d, q) отсчета ротора, вычисляют погрешность автоматического управления, рекурсивно вычисляют напряжения компенсации гармоник тока, вычисляют управляющие напряжения для электрической машины и подают управляющие напряжения на электрическую машину. Причем вычисление управляющих напряжений выполняют в упомянутой системе (d, q) отсчета ротора рекурсивно и в виде зависимости от значения периода обновления управления, значения напряжения (VDC) постоянного тока и электрической угловой скорости ротора. Также заявлены устройство управления синхронной трехфазной электрической машиной, электрическая система, содержащая синхронную электрическую машину и устройство управления, и автотранспортное средство, содержащее электрическую систему. Технический результат заключается в обеспечении устранения статической погрешности, хорошей производительности в переходном режиме и эффективной компенсации эффектов противоэлектродвижущей силы. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области управления электрическими машинами.
Более конкретно, изобретение относится к способу управления синхронной электрической машиной.
Синхронные электрические машины хорошо известны в автомобильной отрасли, а также в широком спектре других промышленных применений, включая сектор возобновляемой энергетики, железнодорожный транспорт и т.д.
Синхронная электрическая машина содержит неподвижную часть, называемую статором, и подвижную часть, называемую ротором. Статор содержит три обмотки, которые смещены друг относительно друга на 120° и на которые подают переменный ток.
Ротор может содержать либо обмотку, на которую подают постоянный ток, в случае синхронных электрических машин с фазным ротором (известных как WRSM), либо постоянные магниты (в случае синхронных машин с постоянными магнитами или PMSM), которые приводятся во вращение с помощью электрического поля, генерируемого обмоткой статора.
Электромагнитный крутящий момент, подаваемый электрической машиной, обуславливается величиной и ориентацией токов относительно оси ротора.
Соответственно, заданное значение крутящего момента можно выразить через заданные значения токов (или напряжений) в системе отсчета, связанной с ротором, также называемой системой отсчета ротора.
Из существующего уровня техники известно множество способов управления синхронными машинами, включая способ, описанный в документе FR3012270 на имя заявителя.
Однако эти способы из существующего уровня техники нельзя использовать для обоих типов машин WRSM и PMSM.
Более того, известные способы не позволяют одновременно сочетать устранение статической погрешности, хорошей производительности в переходном режиме и эффективную компенсацию эффектов противоэлектродвижущей силы, адаптируясь при этом к условиям насыщения напряжения и компенсации гармонических компонент токов.
Соответственно, существует потребность в способе управления для синхронной электрической машины, который можно сравнительно просто адаптировать к WRSM и PMSM, в то же время, решая вышеупомянутые проблемы.
Предложен способ управления синхронной трехфазной электрической машиной, содержащей статор и ротор, причем упомянутый способ содержит следующее:
- измеряют токи первой и второй фаз упомянутого статора;
- измеряют угловое положение ротора;
- вычисляют упомянутые токи, измеренные в системе отсчета ротора;
- вычисляют погрешность автоматического управления;
- вычисляют управляющие напряжения для электрической машины; и
- подают упомянутые управляющие напряжения на упомянутую электрическую машину.
Упомянутое вычисление управляющих напряжений выполняют в упомянутой системе отсчета ротора рекурсивно как функцию значения периода для обновления управления, значения напряжения постоянного тока и электрической угловой скорости ротора. Таким образом, можно достичь простого способа управления электрической машиной, который может быть адаптирован к синхронной машине любого типа и который решает вышеупомянутые проблемы, связанные с существующим уровнем техники.
Преимущественно, но не в качестве ограничения, упомянутые измеренные токи вычисляют в системе отсчета ротора посредством преобразования Парка. Соответственно, можно быстро и надежно преобразовать токи, измеренные в системе отсчета ротора.
Преимущественно, но не в качестве ограничения, способ содержит этап измерения тока ротора; а вычисление управляющих напряжений включает в себя вычисление напряжения, которое необходимо приложить к фазному ротору. Соответственно, способ может быть просто адаптирован для работы на машине с фазным ротором.
Преимущественно, но не в качестве ограничения, способ содержит этап рекурсивного вычисления компенсирующих напряжений для гармоник тока. Таким образом, в дополнение ко всем вышеупомянутым преимуществам можно просто компенсировать гармоники тока.
Преимущественно, но не в качестве ограничения, упомянутый этап вычисления управляющих напряжений содержит инициализацию в 0 для целей рекурсии. Соответственно, инициализация этапов расчета управляющих напряжений является сравнительно простой.
Изобретение также относится к устройству управления синхронной трехфазной электрической машиной, содержащей статор и ротор, причем упомянутое устройство содержит:
- компонент для измерения токов первой и второй фаз упомянутого статора;
- компонент для измерения углового положения ротора;
- компонент для измерения тока ротора;
- средство для вычисления упомянутых токов, измеренных в системе отсчета ротора;
- средство для вычисления погрешности автоматического управления;
- средство для вычисления управляющих напряжений для электрической машины; и
- средство для подачи упомянутых управляющих напряжений на упомянутую электрическую машину.
Средство для вычисления управляющих напряжений подходит для выполнения упомянутого вычисления в упомянутой системе отсчета ротора рекурсивно как функции значения периода для обновления управления, значения напряжения постоянного тока и электрической угловой скорости ротора.
Изобретение также относится к электрической системе, содержащей синхронную электрическую машину, имеющую статор и фазный ротор или ротор с постоянными магнитами, электрическую аккумуляторную батарею для питания упомянутой электрической машины, трехфазный инвертор, который способен преобразовывать напряжение постоянного тока электрической аккумуляторной батареи в трехфазные управляющие напряжения для управления синхронной электрической машиной, и устройство управления описанного выше типа.
Изобретение также относится к автотранспортному средству, содержащему электрическую систему описанного выше типа.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения вытекают из последующего описания конкретного варианта осуществления изобретения, которое приведено в качестве примера, а не ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 и 2 показано схематическое представление этапов вычисления управляющих напряжений согласно способу в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления изобретения для синхронной электрической машины с ротором с постоянными магнитами;
на фиг. 3 показано схематическое представление дополнительного этапа к этапам, представленным на фиг. 1 и 2, для первого варианта осуществления изобретения для управления синхронной электрической машиной с фазным ротором;
на фиг. 4 показана компоновка схемы электрической системы в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 5 показана схема этапов способа в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Со ссылкой на фиг. 4 электрическая система содержит синхронную трехфазную электрическую машину 2, трехфазный инвертор 3, принимающий управляющие напряжения статора, и конвертер постоянного тока в постоянный ток (DC-DC), также описанный как преобразователь, который может принимать управляющее напряжение ротора, которое подают на ротор.
Посредством ввода трехфазный инвертор 3 получает напряжение постоянного тока VDC от электрической аккумуляторной батареи 5, и им управляет управляющее устройство 4 для выполнения способа управления электрической машиной.
Задача способа управления в соответствии с изобретением со ссылкой на фиг. 1-5 состоит в том, чтобы управлять инвертором 3 таким образом, чтобы он генерировал управляющие напряжения для подачи на статор и ротор (на ротор, если электрическая машина 2 представляет собой машину с фазным ротором) электрической машины 2.
Следовательно, устройство управления пригодно для передачи на инвертор управляющих напряжений, которые требуется подавать на электрическую машину 2; в этом случае действие инвертора 3 путем коммутации его силовых переключателей генерирует необходимые управляющие напряжения из напряжения VDC постоянного тока электрической батареи.
Инвертором 3 управляют независимо, чтобы генерировать управляющие напряжения для электрической машины из напряжения VDC постоянного тока, как того требует способ управления в соответствии с изобретением. Кроме того, специалистам в данной области техники известны различные технологии управления инвертором, которые не являются объектом изобретения, такие как технологии "широтно-импульсной модуляции", также известные под английским сокращением "PWM".
Устройство 4 управления в этом варианте осуществления изобретения представляет собой микроконтроллер или микропроцессор. Кроме того, устройство 4 управления выполняет способ в соответствии с собственной частотой синхроимпульсов и выполняет этапы способа дискретным и повторяющимся образом.
Устройство 4 управления также содержит оперативную память, которая позволяет запоминать результаты вычислений и измерений для способа, выполненного в предыдущие моменты времени k-1, k-2 и т.д., чтобы иметь возможность выполнить его в следующий момент времени k. На практике, поскольку способ в соответствии с изобретением имеет рекурсивный характер, необходимо иметь возможность доступа к результатам выполнения способа в предыдущие моменты времени.
Способ управления электрической машиной, выполняемый устройством 4 управления, содержит первый этап 51 измерения токов первой и второй фаз статора.
В этом случае измерение 51 фазовых токов выполняют с помощью измерительных компонентов, таких как амперметры, установленных последовательно в первых двух фазах между инвертором 3 и электрической машиной 2.
В способе также выполняют этап 52 измерения положения ротора, которое можно измерить 52 с помощью датчика положения, оптического датчика, индуктивного датчика или любого другого средства, известного специалисту в данной области техники.
В первом варианте осуществления изобретения электрическая машина содержит фазный ротор, так что выполняют дополнительное измерение 54 тока ротора аналогично измерению первых двух фаз статора.
Токи в первых двух фазах статора, которые более просто будут описаны здесь как токи статора, преобразуют затем в систему отсчета (d, q), связанную с ротором, также описанную как система отсчета ротора.
Для преобразования токов статора, измеренных в момент времени k в системе отсчета ротора, в этом варианте осуществления используют преобразование Парка.
Таким образом, на основе измерения 52 двух токов статора и и измерения угла θ ротора вычисляют 53 токи путем применения преобразования Парка:
- где - вектор токов статора, измеренных в момент времени k в системе (d, q) отсчета Парка, связанной с ротором;
Токи затем фильтруют с использованием фильтра нижних частот первого порядка, имеющего соответствующую полосу пропускания, обычным для специалиста в данной области техники способом, чтобы получить соответственно.
После этого вычисляют погрешность 55 автоматического управления в момент времени k, так что:
- погрешность автоматического управления током ротора (обозначенная через f), которая по определению уже будет присутствовать в системе отсчета ротора;
После этого выполняют вычисление 56 двух компенсирующих напряжений которые позволят рекурсивно компенсировать гармоники тока с инициализацией в 0:
После этого вычисление 57 управляющих напряжений выполняют рекурсивно с инициализацией в 0.
Значения управляющих напряжений вычисляют в соответствии со следующими уравнениями:
где
где:
- константы параметризации для системы управления, которые может определить специалист в данной области. Управляющие напряжения vd, vq, вычисленные в системе отсчета ротора, естественно передают обратно в трехфазную систему, связанную со статором, перед тем как их передают посредством заданных команд в инвертор и подают на электрическую машину.
В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения электрическая машина представляет собой синхронную электрическую машину с постоянными магнитами (PMSM). Соответственно, в этой машине нет тока ротора.
Изобретение, описанное со ссылкой на первый вариант осуществления, может быть применено к этой машине просто путем исключения вычислений, относящихся к токам ротора, а именно уравнений (5), (6), (7), (10) и (15).
Claims (15)
1. Способ (50) управления синхронной трехфазной электрической машиной, содержащей статор и ротор, характеризующийся тем, что измеряют (51) токи первой и второй фаз упомянутого статора; измеряют (52) угловое положение ротора; вычисляют (53) упомянутые токи , измеренные в системе (d, q) отсчета ротора; вычисляют (55) погрешность автоматического управления; вычисляют (57) управляющие напряжения для электрической машины и подают упомянутые управляющие напряжения на упомянутую электрическую машину; причем упомянутое вычисление (57) управляющих напряжений выполняют в упомянутой системе (d, q) отсчета ротора рекурсивно и в виде зависимости от значения периода обновления управления, значения напряжения (VDC) постоянного тока и электрической угловой скорости ротора, при этом упомянутый способ содержит этап рекурсивного вычисления (56) напряжений компенсации гармоник тока.
2. Способ (50) по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые измеренные токи вычисляют в системе (d, q) отсчета ротора посредством преобразования Парка.
3. Способ (50) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанная электрическая машина является электрической машиной с фазным ротором, при этом способ содержит этап (54) измерения тока ротора, а вычисление управляющих напряжений включает в себя вычисление напряжения которое прикладывается к фазному ротору.
4. Способ (50) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упомянутый этап вычисления (57) управляющих напряжений содержит инициализацию в 0 для целей рекурсии.
5. Устройство (4) управления синхронной трехфазной электрической машиной (2) со статором и ротором, содержащее
компонент для измерения токов первой и второй фаз упомянутого статора;
компонент для измерения углового положения ротора;
компонент для измерения тока ротора;
средство для вычисления упомянутых токов, измеренных в системе отсчета ротора;
средство для вычисления погрешности автоматического управления;
средство для вычисления управляющих напряжений для электрической машины и
средство для подачи упомянутых управляющих напряжений на упомянутую электрическую машину;
причем упомянутое средство для вычисления управляющих напряжений выполнено с возможностью выполнения упомянутого вычисления в упомянутой системе отсчета ротора рекурсивно и в виде зависимости от значения периода обновления управления, значения напряжения постоянного тока и электрической угловой скорости ротора, при этом упомянутое устройство также содержит средство для рекурсивного вычисления напряжений компенсации гармоник тока.
6. Электрическая система (1), содержащая синхронную электрическую машину (2), содержащую статор и фазный ротор или ротор с постоянными магнитами, электрическую аккумуляторную батарею (5) для питания упомянутой электрической машины (2), трехфазный инвертор (3), который способен преобразовывать напряжение (VDC) постоянного тока электрической аккумуляторной батареи (5) в трехфазные управляющие напряжения для управления синхронной электрической машиной (2), и устройство (4) управления по п. 5.
7. Автотранспортное средство, содержащее электрическую систему по п. 6.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1760768 | 2017-11-16 | ||
FR1760768A FR3073691B1 (fr) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | Procede de commande d'une machine electrique synchrone |
PCT/EP2018/080336 WO2019096630A1 (fr) | 2017-11-16 | 2018-11-06 | Procédé de commande d'une machine électrique synchrone |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020118445A RU2020118445A (ru) | 2021-12-06 |
RU2020118445A3 RU2020118445A3 (ru) | 2022-02-28 |
RU2771632C2 true RU2771632C2 (ru) | 2022-05-11 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1906523A1 (en) * | 2005-07-11 | 2008-04-02 | Hitachi, Ltd. | Controller of field winding type synchronous motor, electric drive system, electric four wheel driving vehicle, and hybrid automobile |
RU2322752C1 (ru) * | 2006-10-23 | 2008-04-20 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | Способ управления тяговым синхронным электродвигателем и устройство для реализации этого способа |
EP1843462B1 (en) * | 2006-03-23 | 2009-01-14 | JTEKT Corporation | Controller for brushless motor |
WO2012126029A2 (de) * | 2011-03-21 | 2012-09-27 | Kristl, Seibt & Co. Gesellschaft M.B.H. | Verfahren und vorrichtung zur korrektur von strangströmen einer drehstrommaschine |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1906523A1 (en) * | 2005-07-11 | 2008-04-02 | Hitachi, Ltd. | Controller of field winding type synchronous motor, electric drive system, electric four wheel driving vehicle, and hybrid automobile |
EP1843462B1 (en) * | 2006-03-23 | 2009-01-14 | JTEKT Corporation | Controller for brushless motor |
RU2322752C1 (ru) * | 2006-10-23 | 2008-04-20 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | Способ управления тяговым синхронным электродвигателем и устройство для реализации этого способа |
WO2012126029A2 (de) * | 2011-03-21 | 2012-09-27 | Kristl, Seibt & Co. Gesellschaft M.B.H. | Verfahren und vorrichtung zur korrektur von strangströmen einer drehstrommaschine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9490738B2 (en) | Sensorless motor drive vector control | |
KR102431991B1 (ko) | 모터 구동 장치 | |
US9124209B2 (en) | Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter | |
US9294019B2 (en) | Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter | |
WO2019239657A1 (ja) | 永久磁石同期電動機の駆動装置、駆動システムおよび駆動方法 | |
US10348222B2 (en) | Systems and methods for reducing DC link voltage dynamics with limited energy storage element | |
EP2472710B1 (en) | Power conversion device | |
US9716454B2 (en) | Driving circuit and driving method for permanent magnet synchronous motor | |
CN106026820B (zh) | 自动调谐电机参数方法和系统 | |
US8618756B2 (en) | Systems and method for controlling electric motors | |
CN114846740A (zh) | 逆变器控制装置、电动车辆系统 | |
JP7280170B2 (ja) | モータ制御装置、モータ制御方法、ハイブリッドシステム、昇圧コンバータシステム、電動パワーステアリングシステム | |
CN112840556B (zh) | 电动机控制装置及电动车辆系统 | |
JP6755642B2 (ja) | 同期電動機を始動させるための制御方法 | |
RU2771632C2 (ru) | Способ управления синхронной электрической машиной | |
KR101878090B1 (ko) | 모터 제어 시스템 및 방법 | |
US20230223824A1 (en) | Motor control device, mechatronic unit, power generation system, boost converter system, and electric vehicle system | |
US20190149079A1 (en) | Method for switching off a polyphase electrical machine in a motor vehicle | |
JP6977891B2 (ja) | 同期電気機械を制御するための方法 | |
CN114830526A (zh) | 用于马达的退磁诊断设备和用于马达控制设备的退磁诊断方法 | |
CN107787550B (zh) | 利用pwm信号控制电机的方法、装置以及机动车辆电机 | |
CN107534410B (zh) | 用于接通机动车中的多相的电机的方法 | |
WO2023195172A1 (ja) | モータ制御装置、モータ制御方法 | |
US11482963B2 (en) | Inverter control device | |
KR101298503B1 (ko) | 3상 인버터의 불균형 전압 보상 회로 및 방법 |