專利名稱：永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)調(diào)節(jié)控制方法，具體為永磁同步電機(jī)的一種非線性動(dòng)態(tài)校正方法。
(二)技術(shù)背景通常的同步電機(jī)控制，有變頻控制和自同步控制兩種。變頻控制即采用變頻器直接驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)或速度閉環(huán)控制，由于同步電機(jī)在力矩平衡點(diǎn)處存在固有振蕩、失步等現(xiàn)象，普通變頻器難以對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行有效的控制特別是高精度伺服控制，因此較少采用。目前同步電機(jī)的控制以自控方式為主，即通過檢測轉(zhuǎn)子空間位置(d軸矢量)，控制器使電機(jī)定子三相電流的合成磁勢矢量(q軸矢量)位于超前或滯后于轉(zhuǎn)子磁場空間矢量90度電角度，這樣，單位電流下獲得的電磁力矩最大。當(dāng)電機(jī)的電樞電流較小時(shí)，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)在電角度差90度附近出現(xiàn)，且在360度電角度范圍內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩值與電角度的關(guān)系基本按正弦變化。但隨著電流的增大，轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電角度越來越偏離90度。這種現(xiàn)象，也被理解為電機(jī)電流加大時(shí)，因磁通的飽和、永磁材料的退磁等因素造成力矩系數(shù)非線性化。因此，如果保持定子磁場矢量與轉(zhuǎn)子磁場矢量始終相差90度，在電流較大時(shí)，工作點(diǎn)偏離了最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩點(diǎn)，單位電流產(chǎn)生的電磁力矩下降，電機(jī)效率因此而降低，并且電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大加速度下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性變差。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法，用以對(duì)矩角特性隨電流的變化而發(fā)生扭曲的特征進(jìn)行非線性動(dòng)態(tài)校正，以期在任何負(fù)載運(yùn)行狀況下，即不同電流的工作狀態(tài)下，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩處于最佳工作點(diǎn)附近，提高電機(jī)的運(yùn)行效率和動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)非線性動(dòng)態(tài)校正方法為控制器根據(jù)傳感器檢測的轉(zhuǎn)子空間位置矢量角度控制定子三相電流的矢量方向，使電機(jī)定子三相繞組的合成磁勢矢量位于超前或滯后于轉(zhuǎn)子磁場空間矢量一定的電角度，它包括如下步驟第1步，在電機(jī)定子繞組上通入三相正弦波電流，改變電流的有效值大小，在各個(gè)電流值下測量電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子磁場矢量之間不同的電角度差時(shí)的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩值，作出一組不同電流值下電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系曲線，即一組矩角特性曲線，并找出各條矩角特性曲線上的轉(zhuǎn)矩最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度；第2步，將數(shù)據(jù)存入控制器中；第3步，控制器實(shí)施控制時(shí)，先通過傳感器測量計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場空間矢量的電角度，并換算成電氣角度θ，根據(jù)所存貯數(shù)據(jù)值，按定子實(shí)際電流大小找到與之相近的電流下測得的矩角特性曲線，得到該電流下最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場所處的電氣角度θ及最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ控制定子三相繞組合成磁場矢量方向，保證電氣角度對(duì)應(yīng)該電流下最大轉(zhuǎn)矩，從而保證電機(jī)的力矩-電流關(guān)系得到非線性動(dòng)態(tài)校正。
采用本發(fā)明的方法使得控制器對(duì)永磁同步電機(jī)矩角特性隨電流的變化而發(fā)生扭曲的特征自行適應(yīng)，即在不同的電機(jī)電流下，動(dòng)態(tài)控制q軸矢量與d軸矢量之間的電氣角度隨著矩角特性的偏移而偏移，始終追隨最大力矩點(diǎn)的變化，即可在任何負(fù)載運(yùn)行狀況下使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩-定子電流特性處于最佳工作點(diǎn)附近，提高電機(jī)的運(yùn)行效率和動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)觀念上的“力矩系數(shù)非線性”難以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)校正的問題，使得同步電機(jī)控制尤其是伺服控制達(dá)到更高效率、更好動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。


圖1為永磁同步電機(jī)在不同電流下測得的一組矩角特性曲線示意圖。
第1步，矩角特性測量，是進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正前進(jìn)行的相關(guān)測量，預(yù)先在電機(jī)定子繞組上通入三相正弦波電流，改變電流有效值的大小，如取額定電流的30％、90％、150％、210％、270％，在各個(gè)電流值下測量電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子磁場矢量之間不同的電角度差時(shí)的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩值，取足夠多的測量點(diǎn)，得到一組不同電流值下電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系曲線，即一組矩角特性曲線，如圖1所示。圖中可見，電流增大時(shí)，對(duì)應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的電氣角度或角度區(qū)間在理想電角度90度的基礎(chǔ)上增加了偏移量Δθ。
第2步，有關(guān)數(shù)據(jù)的存貯，在各條矩角特性曲線上找出轉(zhuǎn)矩最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度或角度區(qū)間，將數(shù)據(jù)存入控制器中。控制器中預(yù)先存貯的數(shù)據(jù)為不同電流值下具有若干個(gè)特征點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系的表格數(shù)據(jù)?；?yàn)楦鶕?jù)表格數(shù)據(jù)生成的表征表格數(shù)據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系規(guī)律的運(yùn)算方法。二者均可獲得在不同負(fù)載電流下輸出矢量的電氣角度偏移量。
第3步，控制器實(shí)施控制時(shí)，先通過傳感器測量計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場空間矢量的電角度，并換算成電氣角度θ，根據(jù)所存貯數(shù)據(jù)值，按定子實(shí)際電流大小找到與之相近的電流下測得矩角特性曲線，得到該電流下最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場所處的電氣角度θ及最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ控制定子三相繞組合成磁場矢量方向。如需定子三相繞組的合成磁場矢量領(lǐng)先轉(zhuǎn)子磁場矢量，則采用θ+φ作為三相繞組的合成磁場矢量電角度；如需定子三相繞組的合成磁場矢量落后于轉(zhuǎn)子磁場矢量，則采用θ-φ作為三相繞組的合成磁場矢量電角度。保證電氣角度對(duì)應(yīng)該電流下最大轉(zhuǎn)矩，從而保證電機(jī)的力矩-電流關(guān)系的得到非線性動(dòng)態(tài)校正。
按實(shí)際電流查找對(duì)應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的電角度偏移量時(shí)，可采用上述的近似法，或者根據(jù)實(shí)際電流大小找出預(yù)先存貯的的相近電流的矩角特性曲線，根據(jù)預(yù)先存貯的數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算獲得實(shí)際電流下最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電角度偏移量。
權(quán)利要求
1一種永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法，由控制器根據(jù)傳感器檢測的轉(zhuǎn)子空間位置矢量角度來控制定子三相電流的矢量，使電機(jī)定子三相繞組的合成磁勢矢量位于超前或滯后于轉(zhuǎn)子磁場空間矢量一定的電角度；其特征為還包括如下步驟第1步，在電機(jī)電樞繞組上通入三相正弦波電流，改變電流的有效值，在各個(gè)電流值下測量電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子磁場矢量之間不同的電角度差時(shí)的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩值，作出一組不同電流值下電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系曲線，即一組矩角特性曲線，并找出各條矩角特性曲線上的轉(zhuǎn)矩最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度，第2步，將數(shù)據(jù)存入控制器中；第3步，控制器實(shí)施控制時(shí)，先通過傳感器測量計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場空間矢量的電角度，并換算成電氣角度θ，根據(jù)所存貯數(shù)據(jù)值，按定子實(shí)際電流大小找到與之相近的電流下測得的矩角特性曲線，得到該電流下最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場所處的電氣角度θ及最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ控制定子三相繞組合成磁場矢量方向。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法，其特征為其中所述的第1步測定矩角特性曲線時(shí)，預(yù)先在電機(jī)定子繞組上通入三相正弦波電流，改變電流的有效值，如取額定電流的30％、90％、150％、210％、270％，在各個(gè)電流值下測量電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子磁場矢量之間不同的電角度差時(shí)的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩值，取足夠測量點(diǎn)，得到一組不同電流值下電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系曲線，即一組矩角特性曲線。
3根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法，其特征為其中所述的第3步控制器實(shí)施控制時(shí)，如需定子三相繞組的合成磁場矢量領(lǐng)先轉(zhuǎn)子磁場矢量，則采用θ+φ作為三相繞組的合成磁場矢量電角度；如需定子三相繞組的合成磁場矢量落后于轉(zhuǎn)子磁場矢量，則采用θ-φ作為三相繞組的合成磁場矢量電角度。
4根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法，其特征為其中所述的第2步，控制器中預(yù)先存貯的數(shù)據(jù)為不同電流值下具有若干個(gè)特征點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系的表格數(shù)據(jù)；或?yàn)楦鶕?jù)表格數(shù)據(jù)生成的表征表格數(shù)據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩與電氣角度關(guān)系規(guī)律的運(yùn)算方法。
5根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法，其特征為其中所述的第3步控制器實(shí)施控制時(shí)，根據(jù)實(shí)際電流大小找出預(yù)先存貯的相近電流的矩角特性曲線，根據(jù)預(yù)先存貯的數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算獲得實(shí)際電流下最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電角度偏移量。
全文摘要
本永磁同步電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)校正方法第1步，在各電流值測量電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子磁場矢量間不同電角度差時(shí)的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩值，作出矩角特性曲線；第2步，數(shù)據(jù)存入控制器；第3步，按定子實(shí)際電流大小找到與之相近的電流下的矩角特性曲線，使得該電流下最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場所處電氣角度θ及最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電氣角度φ控制定子三相繞組合成磁場矢量方向。本法使控制器對(duì)電機(jī)矩角特性隨電流變化而發(fā)生扭曲的特征自行適應(yīng)，即在不同的電流下，動(dòng)態(tài)控制電氣角度隨著矩角特性的偏移而偏移，始終追隨最大力矩點(diǎn)的變化，即任何運(yùn)行狀況下電機(jī)力矩－電流關(guān)系得到非線性動(dòng)態(tài)校正，近于最佳工作點(diǎn)，提高電機(jī)運(yùn)行效率和動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)。
文檔編號(hào)H02P7/00GK1558547SQ20041002175
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月18日
發(fā)明者呂虹, 呂 虹 申請(qǐng)人:桂林星辰電力電子有限公司