永磁同步电机的磁链系数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机的磁链系数辨识方法，属于电力电子技术领域。本发明专利技术首先利用同样的控制方法分两次驱动永磁同步电机实现空载稳态运行，两次空载稳态运行状态下的驱动信号的幅值不同，而频率为小于所述永磁同步电机基频的相同的频率；然后根据两次空载稳态运行状态下的驱动信号的电流、电压计算得到磁链系数。本发明专利技术方法可以较准确地测得永磁同步电机的磁链系数，不需要额外的拖动装置或拖动电机及电压检测设备和元件，不需要同步电机直轴定位，且该方法操作简单，鲁棒性强。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机的磁链系数辨识方法
本专利技术涉及一种永磁同步电机的基本参数测量方法，尤其涉及一种永磁同步电机的磁链系数辨识方法，属于电力电子

技术介绍
随着变频调速控制技术在同步电机方面的应用，同步电机的应用范围越来越广泛，常用的高性能变频调速控制技术包括无速度传感器的矢量控制技术和转矩控制的技术，这两种控制技术均以同步电机的数学模型为基础，需要获取电机的参数，例如：定子电阻，交直轴电感，磁链系数。传统测量同步电机磁链是通过反拖实验，使同步电机以一定转速转动起来后再自由停车，测量开路线电压及转子频率，计算磁链系数，该测量方法的过程需要测量相电压及转子频率，且需要拖动电机设备，该方法增加了硬件成本，且实现起来容易受实验环境和条件限制，不易操作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种不需要额外附加测量设备，易于操作，测量准确度较高的永磁同步电机的磁链系数辨识方法。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：永磁同步电机的磁链系数辨识方法，包括以下步骤：步骤1、利用同样的控制方法分两次驱动永磁同步电机实现空载稳态运行，两次空载稳态运行状态下的驱动信号的幅值不同，而频率为小于所述永磁同步电机基频的相同的频率ωr；步骤2、根据以下两式中的任意一个计算所述永磁同步电机的磁链系数ψr：其中，Rs为定子电阻；U1、U2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d-q坐标系下的三相稳态电压模值；isd1、isd2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d-q坐标系下的三相稳态电流模值；θ1、θ2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号的电压矢量与电流矢量间的夹角。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过两次频率相同，电压或电流不同的电机空载稳态运行，根据两次空载稳态时的电压和电值通过计算即可求解出同步电机的磁链系数，本专利技术方法可以较准确地测得永磁同步电机的磁链系数，不需要额外的拖动装置或拖动电机及电压检测设备和元件，不需要同步电机直轴定位，且该方法操作简单，鲁棒性强。附图说明图1为本专利技术一个实施例的原理示意图；图2为采用本专利技术方法进行3KW同步电机磁链系数辨识时的三相电流波形；图3为采用本专利技术方法进行3KW同步电机磁链系数辨识时的电压波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：本专利技术的永磁同步电机的磁链系数辨识方法，包括以下步骤：步骤1、利用同样的控制方法分两次驱动永磁同步电机实现空载稳态运行，两次空载稳态运行状态下的驱动信号的幅值不同，而频率为小于所述永磁同步电机基频的相同的频率ωr；步骤2、根据以下两式中的任意一个计算所述永磁同步电机的磁链系数ψr：其中，Rs为定子电阻；U1、U2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d-q坐标系下的三相稳态电压模值；isd1、isd2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d-q坐标系下的三相稳态电流模值；θ1、θ2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号的电压矢量与电流矢量间的夹角。所述控制方法优选采用电压开环控制方法或电流闭环控制方法。参数U1、U2、isd1、isd2以及θ1、θ2可采用各种现有方法获取，例如，U1、U2通过三相电压Uabc_1、Uabc_2通过坐标变换得到，三相电压Uabc_1、Uabc_2可以通过采样直接获得，也可以通过本文提到的电压获取单元计算获得；isd1、isd2、通过电机输出的三相电流Iabc_1、Iabc_2通过坐标变换得到，Iabc_1、Iabc_2的获取可以直接测量得到，θ1、θ2是稳态时电流和电压的夹角，是通过对电流和电压进行DFT离散傅立叶计算，求得电流和电压的相位角，通过它们的相位角进行差值计算得到两个变量的夹角。为了便于公众理解本专利技术的技术方案，下面以图1所示的基于PWM的永磁同步电机变频器控制系统来对本专利技术方法进行详细说明。如图1所示，网侧三相交流电源经过整流器给直流母线电容提供恒定的直流母线电压Udc，逆变器连接直流母线电容，控制单元通过控制逆变器三相开关状态，向电机输出频率和电压或电流可控的电压矢量或电流矢量，以驱动同步电机运行，ωr为同步电机转子的电频率。电流采样单元测量同步电机的A、B、C三相电流ia、ib、ic。电压获取单元通过测量得到母线电压，并根据控制单元输出的三相上桥臂占空比Ta、Tb、Tc，通过文中提到的计算方法得到三相电压，所谓占空比Ta、Tb、Tc即在一个载波内开关器件导通时间和载波周期的比值。PWM为脉宽调制单元，接受控制单元的输出的占空比控制指令，通过脉宽调制计算输出逆变器周期内开关状态指令，开关状态指令为1或0，1为导通，0为关闭，PWM单元向逆变器输入开关指令的符号说明：Sa、Sb、Sc为A、B、C三相上桥臂开关指令；Sa、Sb、Sc为A、B、C三相下桥臂开关指令。参数计算单元为本专利技术中参数辨识方法的计算单元，根据获得的三相电压和三相电流经过计算可得到直流电感Ld和永磁体磁链系数ψr。在电机空载时，由控制单元按照电流闭环控制(或者电压开环控制方式)发出两次不同幅值，频率为ωr(ωr低于该同步电机的基频，最好为基频的一半左右)的三相交流控制信号，通过逆变器的SVPWM模块先后向电机注入驱动信号，驱动电机实现空载稳定运行，空载运行的控制电压均为增磁方向。待同步电机运行在稳态时，通过电流采样单元分别采样两次空载稳定运行状态下的交流驱动信号A、B、C相的电流峰值Iabc_1、Iabc_2，同时通过电压获取单元获得两次空载稳定运行状态下的稳态电压Uabc_1、Uabc_2。假设所采用的电压开环控制方式为恒压频比控制，即V/f控制的电机调速控制方式，V为输出电压值，f＝ωr/2π，该控制方式的实现过程为：令V/ωr＝k，k为常数值，ωr为电机目标频率，控制单元根据目标频率ωr输出电压幅值为k*ωr的交流电压控制信号，通过逆变器的SVPWM模块向电机注入幅值为k*ωr的频率为ωr的三相交流电压。如采用电流闭环控制方式做为电机的调速控制方式，则其实现过程为：把给定幅值的电流与反馈的电流幅值做偏差后，经过PI控制器计算给出输出电压的幅值，通过逆变器的SVPWM模块向电机注入该幅值和给定频率ωr的三相交流电压。本实施例中电压获取单元根据测量得到的母线电压和控制单元输出的逆变器三相开通时间计算得到三相电压，具体计算方法为：Udc：母线电压；Ta：A相开通时间；Tb：B相开通时间；Tc：C相开通时间。根据电压获取单元获取的两次空载稳态运行状态下的三相电压以及电流采样单元获取的两次空载稳态运行状态下A、B、C三相电流，可得到两次空载稳态运行状态下采样驱动信号的三相电流峰值Iabc_1、Iabc_2和三相电压峰值Uabc_1、Uabc_2，然后对Iabc_1、Iabc_2、Uabc_1、Uabc_2进行坐标变换，即可得到两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d-q坐标系下的三相稳态电压模值U1、U2及三相稳态电流模值isd1、isd2。将U1、U2、isd1、isd2以及同步电机定子电阻Rs代入下式即可得到永磁同步电机的磁链系数ψr：或者，将U1、U2、isd1、isd2以及两次空载稳态运行状态下的驱动信号的电压矢量与电流矢量间的夹角θ1、θ2代入下式，也可得到永磁同本文档来自技高网...

【技术保护点】
永磁同步电机的磁链系数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用同样的控制方法分两次驱动永磁同步电机实现空载稳态运行，两次空载稳态运行状态下的驱动信号的幅值不同，而频率为小于所述永磁同步电机基频的相同的频率ωr；步骤2、根据以下两式中的任意一个计算所述永磁同步电机的磁链系数ψr：ψr=isd1U22-isd22*Rs2-isd2U12-isd12*Rs2ωr(isd1-isd2),]]>ψr=isd1U2sinθ2-isd2U1sinθ1ωr,]]>其中，Rs为定子电阻；U1、U2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d‑q坐标系下的三相稳态电压模值；isd1、isd2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d‑q坐标系下的三相稳态电流模值；θ1、θ2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号的电压矢量与电流矢量间的夹角。

【技术特征摘要】
1.永磁同步电机的磁链系数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用同样的控制方法分两次驱动永磁同步电机实现空载稳态运行，两次空载稳态运行状态下的驱动信号的幅值不同，而频率为小于所述永磁同步电机基频的相同的频率；步骤2、根据以下两式中的任意一个计算所述永磁同步电机的磁链系数ψr：其中，ωr为转子转速，Rs为定子电阻；U1、U2分别为两次空载稳态运行状态下的驱动信号在d-q坐标系下的三相稳态电压模值；isd1、is...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾鸣刚，刘奕骋，唐雪峰，徐丽，
申请(专利权)人：常熟开关制造有限公司原常熟开关厂，
类型：发明
国别省市：江苏;32