电压差值判断弱磁时刻的混合励磁同步电机弱磁控制方法

摘要

本发明公开了一种电压差值判断弱磁时刻的混合励磁同步电机弱磁控制方法，采用母线电压与反电势差值去判断混合励磁电机的运行区域。当母线电压与反电势的差值大于0时，混合励磁同步电机运行于低速区，采用i_d＝0控制策略，根据负载大小协调分配d轴、q轴和励磁电流。当母线电压与反电势的差值等于0时，电机运行于高速区时，采用d轴电流与励磁电流共同弱磁，即当混合励磁电机进入高速区后，首先采用励磁电流进行弱磁，励磁电流达到额定值之后，继续采用d轴电流进行弱磁。基母线电压与反电势差值判断弱磁时刻的混合励磁同步电机弱磁控制方法使逆变器的输出电压得到了充分得利用，提高了混合励磁电机的运行效率。

主权项

一种混合励磁同步电机功率因数控制方法，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，对电机进行准确初始位置检测，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经信号调理和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；(3)将编码器实测转速n与给定转速n*比较后得到转速偏差Δn，将所述转速偏差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，根据母线电压与反电势差值判断弱磁时刻，当母线电压大于反电势时，则混合励磁同步电机运行于低速区，进入步骤4)，当母线电压等于反电势时，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_dref＝0，i_fref＝0，所以可得如下电流分配方案：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}}=0\\ i_{\mathrm{qref}}=\frac{{2T}_{\mathrm{eref}}}{3{\mathrm{p\psi }}_{\mathrm{pm}}}\\ i_{\mathrm{fref}}=0\end{array}\right.$当T_L＞T_N时，i_dref＝0，i_qref＝i_qN，所以可得如下电流分配方案：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}}=0\\ i_{\mathrm{fref}}=\frac{{2T}_{\mathrm{eref}}-3p{\psi }_{\mathrm{pm}}{i}_{\mathrm{qN}}}{3{\mathrm{pM}}_{\mathrm{sf}}{i}_{\mathrm{qN}}}\\ i_{\mathrm{qref}}=i_{\mathrm{qN}}\end{array}\right.$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_pm为永磁体磁链，p为电机极对数；i_qN为q轴电流额定值，M_sf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个阶段采用励磁电流进行弱磁，可得如下电流分配方案：$\left\{\begin{array}{c}{\omega }_e=\frac{U_{\mathrm{dc}}/\sqrt{3}}{\sqrt{{\left(L_q{i}_{\mathrm{qref}}\right)}^2+{({\psi }_{\mathrm{pm}}+M_{\mathrm{sf}}{i}_{\mathrm{fref}})}^2}}\\ i_{\mathrm{dref}}=0\\ T_{\mathrm{eref}}=\frac{3}{2}{\mathrm{pi}}_{\mathrm{qref}}({\psi }_{\mathrm{pm}}+M_{\mathrm{sf}}{i}_{\mathrm{fref}})\end{array}\right.$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，可得如下电流分配方案：$\left\{\begin{array}{c}{\omega }_e=\frac{U_{\mathrm{dc}}/\sqrt{3}}{\sqrt{{\left(L_q{i}_{\mathrm{qref}}\right)}^2+{({\psi }_{\mathrm{pm}}+L_d{i}_{\mathrm{dref}}+M_{\mathrm{sf}}{i}_{\mathrm{fN}})}^2}}\\ i_{\mathrm{fref}}=i_{\mathrm{fN}}\\ T_{\mathrm{eref}}=\frac{3}{2}{\mathrm{pi}}_{\mathrm{qref}}({\psi }_{\mathrm{pm}}+(L_d-L_q)i_{\mathrm{dref}}+M_{\mathrm{sf}}{i}_{\mathrm{fN}})\end{array}\right.$其中，ω_e为电角速度，U_dc为逆变器所能提供的最大电压，i_fN为励磁电流额定值，L_d为定子绕组d轴电感，L_q为定子绕组q轴电感；(6)将电流分配器所产生的d轴电流参考值i_dref和q轴电流i_qref分别与所述步骤(2)中的d轴电流i_d和q轴电流i_q比较后得到d轴电流偏差Δi_d和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，经信号调理与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。