一种混合励磁同步电机效率最优控制方法

摘要

本发明公开了一种混合励磁同步电机效率最优控制方法，在满足电机输出转矩与转速情况下，控制d轴、q轴和励磁绕组电流，使混合励磁同步电机铁耗和铜耗最小，达到混合励磁同步电机效率最优，提高了电机效率。电机运行于低速区时，根据负载大小，通过d轴、q轴和励磁绕组电流协调控制，使铁耗与铜耗之和最小。电机运行于高速区时，利用d轴电流与励磁绕组电流共同弱磁，通过d轴、q轴和励磁绕组电流协调控制，使电机铜耗和铁耗最小，达到混合励磁同步电机效率最优。混合励磁同步电机效率最优控制方法，减小了电机损耗，提高了能源使用效率，达到节约电能效果。

主权项

1.一种混合励磁同步电机效率最优控制方法，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实测转速n和给定转速n^*输入电流分配器，判断实际转速是否小于弱磁基速，如是，则电机运行于低速区，进入步骤4），否则，电机运行于高速区，进入步骤5）；（4）根据下列方程组求解计算d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref和励磁电流参考值i_fref：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}}={\mathrm{ai}}_{\mathrm{fref}}+b\\ i_{\mathrm{qref}}=\sqrt{{\mathrm{ci}}_{\mathrm{fref}}^2+{\mathrm{di}}_{\mathrm{fref}}+e}\\ T_e^{*}=\frac{3}{2}p[{\psi }_f+({\mathrm{ai}}_{\mathrm{fref}}+b)(L_d-L_q)+M_{\mathrm{sf}}{i}_{\mathrm{fref}}]\sqrt{{\mathrm{ci}}_{\mathrm{fref}}^2+{\mathrm{di}}_{\mathrm{fref}}+e}\end{array}\right.$式中，系数a、b、c、d、e别由下列式子求得：$a=\frac{[\frac{{2R}_f(L_d-L_q)}{M_{\mathrm{sf}}}+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}({2L}_d-L_q)]}{[{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{L}_d(L_q-{2L}_d)-3R_s]},$$b=\frac{{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }({2L}_d-L_q){\psi }_f}{[{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{L}_d(L_q-{2L}_d)-3R_s]}$$c=\frac{1}{M_{\mathrm{sf}}({3R}_s+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{L}_q^2)}[a(L_d-L_q)({2R}_f+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{aM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}^2),$$+M_{\mathrm{sf}}({2R}_f+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{aM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}^2)]$$d=\frac{1}{M_{\mathrm{sf}}({3R}_s+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{L}_q^2)}[{\psi }_f({2R}_f+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{aM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}^2)$$+b(L_d-L_q)({2R}_f+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{aM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}^2),$$+a(L_d-L_q)({2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{bM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}{\psi }_f)$$+M_{\mathrm{sf}}({2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{bM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}{\psi }_f)]$$e=\frac{[{\psi }_f({2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{bM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}{\psi }_f)+b(L_d-L_q)({2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{\mathrm{bM}}_{\mathrm{sf}}{L}_d+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{M}_{\mathrm{sf}}{\psi }_f)]}{M_{\mathrm{sf}}({3R}_s+{2c}_{\mathrm{Fe}}{f}^{\beta }{L}_q^2)}$i_dref为d轴电流参考值，i_qref为q轴电流参考值，i_fref为励磁绕组电流参考值；L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，M_sf为电枢绕组与励磁绕组之间的互感，ψ_f为永磁体磁链，p为电机极对数，R_s为定子相绕组电阻，R_f为励磁绕组电阻，c_Fe为铁耗系数，β为电机铁耗修正参数，取值1.5～2之间，f为电机运行频率；（5）根据下列方程组求解计算d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref与励磁电流参考值i_fref：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}}=\frac{2R_f{L}_d{\psi }_f}{{3R}_s{M}_{\mathrm{sf}}^2+{2R}_f{L}_d^2}(\frac{n_{\mathrm{Bdec}}}{n_r}-1)\\ i_{\mathrm{qref}}={\mathrm{kT}}_e^{*}\\ i_{\mathrm{fref}}=\frac{{3R}_s{M}_{\mathrm{sf}}{\psi }_f}{{3R}_s{M}_{\mathrm{sf}}^2+{2R}_f{L}_d^2}(\frac{n_{\mathrm{Bdec}}}{n_r}-1)\end{array}\right.$其中，n_r为电机速度，n_Bdec为电机弱磁基速，k为速度调节器比例系数，L_d为d轴电感，M_sf为电枢绕组与励磁绕组之间的互感，ψ_f为永磁体磁链，R_s为定子相绕组电阻，R_f为励磁绕组电阻；（6）将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，将所述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。