一种混合励磁同步电机恒磁链控制方法

摘要

本发明公开了一种混合励磁同步电机恒磁链控制方法，通过控制d轴、q轴和励磁电流i_f，保持气隙合成磁链不变。电机运行于低速区，当负载转矩小于额定转矩时，励磁电流i_f为0，通过控制d轴、q轴电流使气隙磁链恒定；当负载转矩大于额定转矩时，通过d轴、q轴和励磁电流i_f的控制使气隙磁链恒定；电机运行于高速区时，首先保持i_d＝0，通过q轴和励磁电流i_f协调控制气隙磁链恒定；当励磁电流i_f达到额定值时，通过d轴、q轴协调控制使气隙磁链恒定。混合励磁同步电机恒磁链控制方法使输出转矩的极值比单位功率因数控制大得多，这种控制方法一定程度上解决了功率因数降低和端电压升高问题，在大容量、高速电机领域有一定的应用前景。

主权项

一种混合励磁同步电机恒磁链控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)从电机主电路采集相电流i_a、i_b和励磁电流i_f，对电机进行初始位置检测，从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角θ；(2)将采集的相电流i_a、i_b经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下的定子d轴电流i_d和q轴电流i_q；(3)用给定转速n^*减去编码器实测转速n，将得到的转速偏差Δn输入速度调节器经比例积分运算后得到转矩参考值将转矩参考值母线电压U_dc、定子d轴电压u_d、定子q轴电压u_q、实测转速n和给定转速n^*输入电流分配器，根据转速判断电机运行区间：当实际转速大于额定转速时，则混合励磁同步电机运行于低速区，进入步骤4)，否则，混合励磁同步电机运行于高速区，进入步骤5)；(4)判断负载转矩是否满足T_L≤T_N，其中T_L为负载转矩、T_N为额定转矩；当T_L≤T_N时，i_fref＝0，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}}=\frac{(\frac{{2T}_{\mathrm{eref}}}{3{\mathrm{pi}}_{\mathrm{qref}}}-{\psi }_m)}{(L_d-L_q)}\\ i_{\mathrm{fref}}=0\\ i_{\mathrm{qref}}=\frac{{\psi }_m^2-{({\psi }_m+L_d{i}_{\mathrm{dref}})}^2}{2L_q^2}\end{array}\right.$当T_L＞T_N时，i_qref＝i_qN，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}}=\frac{\sqrt{{\psi }_m^2-{\left(L_q{i}_{\mathrm{qN}}\right)}^2}}{L_q}-\frac{{2T}_{\mathrm{eref}}}{3p{L}_q{i}_{\mathrm{qN}}}\\ i_{\mathrm{qref}}=i_{\mathrm{qN}}\\ i_{\mathrm{fref}}=\frac{-{\psi }_m}{M_f}-\frac{(L_d-L_q)\sqrt{{\psi }_m^2-{\left(L_q{i}_{\mathrm{qN}}\right)}^2}}{L_q{M}_f}+\frac{{2T}_{\mathrm{eref}}{L}_d}{3p{L}_q{M}_f{i}_{\mathrm{qN}}}\end{array}\right.$其中，i_dref为d轴电流参考值，i_qref为q轴电流参考值，i_fref为励磁绕组电流参考值；ψ_m为永磁体磁链，p为电机极对数；i_qN为q轴电流额定值，L_d、L_q分别为定子绕组d轴和q轴电感，M_f为电枢绕组与励磁绕组之间的互感，T_eref为电磁转矩参考值；(5)第1个阶段继续保持i_dref＝0，采用恒磁链控制进行弱磁，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{qref}}=\sqrt{\frac{{\psi }_m^2+\Delta i_q}{2L_q^2}}\\ i_{\mathrm{dref}}=0\\ i_{\mathrm{fref}}=\frac{2T_e}{3p{M}_f\sqrt{({\psi }_m^2+\Delta i_q)/2L_q^2}}-\frac{{\psi }_m}{M_f}\end{array}\right.$其中，$\Delta i_q=\sqrt{{\psi }_m^4-4L_q^2{\left(\frac{2T_e}{3p}\right)}^2}$当励磁电流达到额定值后，第2个阶段继续采用d轴电流进行弱磁，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：$\left\{\begin{array}{c}{i}_d=\frac{(\frac{2T_e}{3{\mathrm{pi}}_q}-{\psi }_{\mathrm{exc}})}{(L_d-L_q)}\\ i_f=i_{\mathrm{fN}}\\ i_q=\frac{{\psi }_m^2-{({\psi }_{\mathrm{exc}}+L_d{i}_q)}^2}{2L_q^2}\end{array}\right.$其中，ψ_exc＝ψ_m+M_fi_fN，i_fN为励磁电流额定值；(6)用电流分配器所产生的d轴电流参考值i_dref减去所述步骤(2)中的d轴电流i_d得到d轴电流偏差Δi_d，用q轴电流i_qref减去所述步骤(2)中的q轴电流i_q得到q轴电流偏差Δi_q，将d轴电流偏差Δi_d输入d轴电流调节器进行比例积分运算，得到d轴电压u_d，将q轴电流偏差Δi_q输入q轴电流调节器进行比例积分运算，得到q轴电压u_q，然后对所述d轴电压u_d和q轴电压u_q共同进行旋转正交‑静止两相变换后，得到静止两相坐标系下α轴电压u_α和β轴电压u_β，将所述α轴电压u_α和β轴电压u_β输入脉冲宽度调制模块，运算输出6路脉冲宽度调制信号，驱动主功率变换器；同时将步骤(1)中采集的励磁电流i_f，经跟随、滤波、偏置与A/D转换后和励磁电流参考值i_fref一起送入直流励磁脉宽调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号来驱动励磁功率变换器。