一种基于负载特性的永磁同步电机扩速方法技术

本发明专利技术公开了一种基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，包括：永磁同步电机系统根据实际工况负载运行过程中，通过实时计算电机端电压来分析电机的负载特性，确定电机的d、q电流环是否饱和；若d、q电流环未饱和，采用最大转矩电流比控制模式对电机进行控制；若电流环饱和，则进一步确定电机端电压饱和主要是由于重负载情况下q轴电流的增加所造成的，还是由于电机反电动势的增加造成的；若是前者，则PMSM调速系统采用增磁控制以提高电机转速；若是后者，则PMSM调速系统采用弱磁控制以提高电机转速。本发明专利技术可以有效避免在重负载情况下进入弱磁控制模式，导致电机的转速得不到提升，反而引起系统功率模块发热严重、效率降低、转速抖动等问题。动等问题。动等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于负载特性的永磁同步电机扩速方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种基于负载特性的永磁同步电机扩速方法。

技术介绍

[0002]近年来随着电力电子技术的快速发展、稀土永磁材料性价比的提高，永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)由于具有结构简单、重量轻、转动惯量小、控制性能好、效率高等诸多优点，目前在轨道交通，电动汽车，室内空气净化，矿井隧道通风，风力发电等领域得到了广泛应用。
[0003]在PMSM调速时，随着电机转速升高电机的反电动势会线性增加，电机端电压也随之增加，电机控制系统由于受到供电电压的限制以及功率模块受最大电流输出的限制，电机的运行范围将受到约束，如果PMSM调速系统要扩速，也就是能够上到高速区运行，通常需要采用弱磁控制。
[0004]目前PMSM调速系统的弱磁控制已发展出了查表法、电压反馈法、电压前馈法和单电流调节器法等多种弱磁控制方法，其中电压反馈法实现容易、鲁棒性好、对电机参数的依赖性弱、同时方便实现最大转矩电流比控制与弱磁控制的平滑过渡，是工程上较为主流的弱磁控制方法。电压反馈法通过比较参考电压矢量的幅值与设定的电压极限值，判断PMSM是否进入弱磁区域，将参考电压矢量幅值、设定的电压极限值输入比例积分调节器，转化为负向d轴电流(即弱磁电流)从而实现弱磁控制。但是在工程实践中表明，当电机负载特性复杂的时，通过弱磁控制方法来实现电机的扩速可能出现不能提升电机的转速，反而引起功率模块发热严重、电机效率降低和转速抖动的问题，下面以电压反馈法弱磁控制来进行解释。
[0005]电压反馈法弱磁控制是通过弱磁来限制电机反电动势的增加，从而限制电机端电压的增加，使电机的转速提升。但是通过分析电机端电压的构成可知，除了电机反电动势的增加会引起电机端电压的增加外，电机负载的增加也会导致电机端电压的增加，尤其是在重负载情况下q轴电流的显著增加会导致电机端电压显著增加，因此现有电压反馈法通过检测电机端电压是否饱和作为PMSM进入弱磁区域的判据，在重负载情况下可能会出现误判。在重负载情况下进入弱磁控制模式往往不能提升电机的转速，反而引起功率模块发热严重、电机效率降低和转速抖动。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，进一步完善和严格现有电压反馈法的弱磁判据，分情况对电机进行增磁或弱磁控制，以达到永磁同步电机扩速的目的。
[0007]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，包括：
[0009]永磁同步电机系统根据实际工况负载运行过程中，通过实时计算电机端电压来分析电机的负载特性，确定电机的d、q电流环是否饱和；
[0010]若d、q电流环未饱和，PMSM调速系统采用最大转矩电流比控制模式对电机进行控制；
[0011]若d、q电流环出现饱和，则进一步确定电机端电压饱和主要是由于重负载情况下q轴电流的增加所造成的，还是由于电机反电动势的增加造成的；若是前者，则PMSM调速系统采用增磁控制以提高电机转速；若是后者，则PMSM调速系统采用弱磁控制以提高电机转速。
[0012]进一步地，所述实时计算电机端电压来分析电机的负载特性，确定电机的d、q电流环是否饱和，包括：
[0013]根据电流调节器输出的d轴、q轴电压u
d
、u
q
，按公式计算得到电机端电压u
s
，将逆变器最大输出电压U
lim
减去u
s
后，得到差值Δu＝U
lim
‑
u
s
，用Δu构建电压反馈PI调节器，并通过Δu的正负来判断d、q电流环是否饱和；Δu为正时，d、q电流环饱和，Δu为负时，d、q电流环未饱和。
[0014]进一步地，所述逆变器最大输出电压U
lim
按关系式进行计算，U
dc
为逆变器的直流母线电压。
[0015]进一步地，所述若d、q电流环未饱和，PMSM调速系统采用最大转矩电流比控制模式对电机进行控制，包括：
[0016]PMSM调速系统采用最大转矩电流比控制模式，速度调节器输出定子电流i
s
，根据最大转矩电流比算法计算得到d轴电流调节器的给定值和q轴电流调节器的给定值根据d、q轴电流调节器给定值以及实际反馈值i
d
、i
q
分别对d、q轴电流进行PI控制。
[0017]进一步地，所述若d、q电流环出现饱和，则进一步确定电机端电压饱和主要是由于重负载情况下q轴电流的增加所造成的，还是由于电机反电动势的增加造成的，包括：
[0018]判断电机的当前转速n
act
是否接近弱磁基速n
fw
，若n
act
＜ζ0n
fw
，则表明电机端电压饱和主要是由于重负载情况下q轴电流的增加所造成的；若n
act
≥ζ0n
fw
，则表明电机端电压饱和主要是由于电机反电动势的增加造成的；其中，ζ0为预设的比例系数。
[0019]进一步地，所述的弱磁基速n
fw
，是在永磁同步电机系统空载运行时，通过传统电压反馈法测试得到的。
[0020]进一步地，所述若是前者，则PMSM调速系统采用增磁控制以提高电机转速，包括：
[0021]PMSM调速系统进入增磁控制模式以提高电机转速，电压反馈PI调节器的输出Δi
d
取负值作为增磁控制的直流输出电流i
dfe
，将i
dfe
和d轴电流给定值叠加，得到增磁算法直轴电流i
dref
；增磁算法交轴电流i
qref
直接取再根据直轴电流i
dref
计算得到的限幅值对i
qref
限幅，算法公式如下：
[0022][0023][0024]式中i
max
是电机定子绕组可持续运行的最大电流。
[0025]进一步地，当系统进入增磁控制模式后，电压反馈PI调节器的输出Δi
d
取负值作为增磁电流，这时根据电机转速是否得到继续提升决定系统的最大增磁电流，当增磁电流增大到一定值后转速不再升高，取这时的增磁电流为最大增磁电流。
[0026]进一步地，所述若是后者，则PMSM调速系统采用弱磁控制以提高电机转速，包括：
[0027]将系统瞬时功率p
em
与电机额定功率P
N
进行对比分析电机的负载情况，进一步决定调速系统是否采用弱磁控制以提高电机转速：
[0028]若p
em
＞ζ1P
N
，表明系统的输入功率p
em
非常接近电机额定功率P
N
，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，其特征在于，包括：永磁同步电机系统根据实际工况负载运行过程中，通过实时计算电机端电压来分析电机的负载特性，确定电机的d、q电流环是否饱和；若d、q电流环未饱和，PMSM调速系统采用最大转矩电流比控制模式对电机进行控制；若d、q电流环出现饱和，则进一步确定电机端电压饱和主要是由于重负载情况下q轴电流的增加所造成的，还是由于电机反电动势的增加造成的；若是前者，则PMSM调速系统采用增磁控制以提高电机转速；若是后者，则PMSM调速系统采用弱磁控制以提高电机转速。2.根据权利要求1所述的基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，其特征在于，所述实时计算电机端电压来分析电机的负载特性，确定电机的d、q电流环是否饱和，包括：根据电流调节器输出的d轴、q轴电压u
d
、u
q
，按公式计算得到电机端电压u
s
，将逆变器最大输出电压U
lim
减去u
s
后，得到差值Δu＝U
lim
‑
u
s
，用Δu构建电压反馈PI调节器，并通过Δu的正负来判断d、q电流环是否饱和；Δu为正时，d、q电流环饱和，Δu为负时，d、q电流环未饱和。3.根据权利要求2所述的基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，其特征在于，所述逆变器最大输出电压U
lim
按关系式进行计算，U
dc
为逆变器的直流母线电压。4.根据权利要求1所述的基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，其特征在于，所述若d、q电流环未饱和，PMSM调速系统采用最大转矩电流比控制模式对电机进行控制，包括：PMSM调速系统采用最大转矩电流比控制模式，速度调节器输出定子电流i
s
，根据最大转矩电流比算法计算得到d轴电流调节器的给定值和q轴电流调节器的给定值根据d、q轴电流调节器给定值以及实际反馈值i
d
、i
q
分别对d、q轴电流进行PI控制。5.根据权利要求1所述的基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，其特征在于，所述若d、q电流环出现饱和，则进一步确定电机端电压饱和主要是由于重负载情况下q轴电流的增加所造成的，还是由于电机反电动势的增加造成的，包括：判断电机的当前转速n
act
是否接近弱磁基速n
fw
，若n
act
＜ζ0n
fw
，则表明电机端电压饱和主要是由于重负载情况下q轴电流的增加所造成的；若n
act
≥ζ0n
fw
，则表明电机端电压饱和主要是由于电机反电动势的增加造成的；其中，ζ0为预设的比例系数。6.根据权利要求5所述的基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，其特征在于，所述的弱磁基速n
fw
，是在永磁同步电机系统空载运行时，通过传统电压反馈法测试得到的。7.根据权利要求1所述的基于负载特性的永磁同步电机扩速方法，其特征在于，所述若是前者，则PMSM调速系统采用增磁控制以提高电机转速，包括：P...

【专利技术属性】
技术研发人员：童怀，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：