CN111969920B - 永磁同步电机启动方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步电机启动方法及其装置，该方法包括：对给定的电机转速ω_{e_ref}积分，得到转子位置角θ_e；根据测量得到的两相定子电流i_a和i_b、以及转子位置角θ_e通过变换得到虚拟q轴反馈电流和虚拟d轴反馈电流通过PI调节以及电压补偿得到虚拟q轴参考电压和虚拟d轴参考电压根据虚拟d轴参考电压和虚拟q轴参考电压生成PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。本发明能在不注入额外高频信号的前提下，实现永磁同步电机的低速启动。

Description

永磁同步电机启动方法及其装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机启动方法及其装置。

背景技术

永磁同步电机在低转速时，反电势较低，不能直接采用基于反电势模型的滑模观测器无速度传感器控制。低速启动时若采用高频信号注入法，会产生额外的损耗，而且数字运算量较大；若采用开环IF(电流频率)控制策略，需要注入一个较大的恒定电流，无法根据负载转矩进行自动调节，空载时效率较低，负载转矩较大时不稳定容易失控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种永磁同步电机启动方法及其装置，其能在不注入额外高频信号的前提下，实现永磁同步电机的低速启动。

本发明提供了一种永磁同步电机启动方法，包括:

对给定的电机转速ω_{e_ref}积分，得到转子位置角θ_e；

根据测量得到的两相定子电流i_a和i_b、以及转子位置角θ_e通过变换得到虚拟q轴反馈电流和虚拟d轴反馈电流/>

将电机的瞬时无功功率Q与ω_{e_ref}L_qi²之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴给定电流对虚拟q轴给定电流/>与预设的电流常量I求和，将求和的结果与虚拟q轴反馈电流/>之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴电压/>用q轴电压补偿量/>补偿虚拟q轴电压/>得到虚拟q轴参考电压/>其中，L_q为q轴电感，i为电机的定子电流有效值，电机的瞬时无功功率Q为：/>

将虚拟d轴电流给定值与虚拟d轴反馈电流/>之间的偏差进行调节，得到虚拟d轴电压/>用d轴电压补偿量/>补偿虚拟d轴电压/>得到虚拟d轴参考电压/>其中，/>等于0；

根据虚拟d轴参考电压和虚拟q轴参考电压/>生成PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。

本发明还提供了一种永磁同步电机启动装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行上述的永磁同步电机启动方法。

本发明至少具有以下优点：

1、本发明实施例的永磁同步电机启动方法不需要注入额外的信号，利用电机的瞬时无功功率调节转矩电流，实现了永磁同步电机的低速启动，同时能够根据负载转矩实时调节电流大小，提高了电机的控制效率和适应性；

2、本发明实施例的永磁同步电机启动方法在低速区也能实现最大转矩电流比控制，然后平滑切换到基于反电势模型的滑模观测器无速度传感器控制。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的永磁同步电机启动方法的控制原理框图。

图2示出了根据本发明一实施例的d^v-q^v轴坐标系与d-q轴坐标系的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

图1示出了根据本发明一实施例的永磁同步电机启动方法的控制原理框图。请参考图1，根据本发明一实施例的永磁同步电机启动方法包括以下步骤：

对给定的电机转速ω_{e_ref}积分，得到转子位置角θ_e；

根据测量得到的两相定子电流i_a和i_b、以及转子位置角θ_e通过Clark变换和Park变换得到虚拟q轴反馈电流和虚拟d轴反馈电流/>

将电机的瞬时无功功率Q与ω_{e_ref}L_qi²之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴给定电流对虚拟q轴给定电流/>与预设的电流常量I求和，将求和的结果与虚拟q轴反馈电流之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴电压/>用q轴电压补偿量/>补偿虚拟q轴电压得到虚拟q轴参考电压/>其中，L_q为q轴电感，i为电机的定子电流有效值，电机的瞬时无功功率Q为：/>q轴电压补偿量/>为：/>其中，L_q为q轴电感，L_d为d轴电感，ψ_f为转子磁链，电流常量I为电机额定电流的50％～100％；

将虚拟d轴电流给定值与虚拟d轴反馈电流/>之间的偏差进行PI调节，得到虚拟d轴电压/>用d轴电压补偿量/>补偿虚拟d轴电压/>得到虚拟d轴参考电压其中，/>等于0，d轴电压补偿量/>为：/>

将虚拟d轴参考电压和虚拟q轴参考电压/>进行ipark变换(即反park变换，变换要用到前述的转子位置角θ_e)，得到虚拟α轴参考电压u_α ^*和虚拟β轴参考电压u_β ^*，对虚拟α轴参考电压u_α ^*和虚拟β轴参考电压u_β ^*进行SVPWM调制，得到三相PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。

对虚拟q轴电压和虚拟d轴电压/>进行电压补偿能够加快控制的响应速度。

进一步地，永磁同步电机启动之后以d^v和d角度加权切换到基于反电动势模型的滑模观测器控制。

本实施例所述的α轴和β轴是指永磁同步电机的两相静止坐标系(α，β)，虚拟d轴和虚拟q轴是指永磁同步电机的虚拟两相旋转坐标系，而d轴和q轴是永磁同步电机的真实的两相旋转坐标系。

本实施例的电流启动控制策略是基于虚拟两相旋转坐标系与实际的两相旋转坐标系之间的关系而建立的。

图2示出了根据本发明一实施例的d^v-q^v坐标系与d-q轴坐标系的关系示意图。

在d-q轴坐标系(即上述的实际的两相旋转坐标系)下的稳态电压方程：

在d^v-q^v坐标系(即上述的虚拟两相旋转坐标系)中有：

并且：

将式(2)和式(3)带入(1)可得：

为了以最小的电流尽可能大地输出转矩，使尽量逼近i_q，即θ趋近于π/2，即：

根据式(5)来进行矢量控制，令

下面确定

由图2可知：

式中Q为电机无功功率，i为电机的定子电流有效值，结合式(5)可得：

Q＝ω_eL_qi² (8)

则的给定可以利用电机的无功功率调节得到，即

其中：

上述计算式中，R_s为定子绕组电阻，为定子电压矢量，ω_e为电机转速，Kp为PI控制器的比例增益，K为PI控制器的积分增益，s为拉普拉斯算子，虚拟d轴反馈电流/>(即d^v轴反馈电流)和虚拟q轴反馈电流/>(即q^v轴反馈电流)的初始值均为0。上述的公式(8)中的Q是预期的无功功率，作为给定指令；公式(10)中的Q是反馈的当前实际的无功功率，ω_e在实际应用中用给定的电机转速ω_{e_ref}来代替。

永磁同步电机启动时利用电机的瞬时无功功率调节转矩电流，利用虚拟同步坐标系和观测器角度进行加权过渡到基于反电动势模型的滑模观测器控制。

本发明还提供了一种永磁同步电机启动装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行前述的永磁同步电机启动方法。

本发明不仅适用于具有凸极性的内嵌式永磁同步电机，也适用于表贴式永磁同步电机。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机启动方法，其特征在于，包括:

对给定的电机转速ω_{e_ref}积分，得到转子位置角θ_e；

根据测量得到的两相定子电流i_a和i_b、以及转子位置角θ_e通过变换得到虚拟q轴反馈电流和虚拟d轴反馈电流/>

将电机的瞬时无功功率Q与ω_{e_ref}L_qi²之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴给定电流对虚拟q轴给定电流/>与预设的电流常量I求和，将求和的结果与虚拟q轴反馈电流/>之间的偏差进行调节，得到虚拟q轴电压/>用q轴电压补偿量/>补偿虚拟q轴电压得到虚拟q轴参考电压/>其中，L_q为q轴电感，i为电机的定子电流有效值，电机的瞬时无功功率Q为：/>q轴电压补偿量/>为：/>L_d为d轴电感，ψ_f为转子磁链；

将虚拟d轴电流给定值与虚拟d轴反馈电流/>之间的偏差进行调节，得到虚拟d轴电压/>用d轴电压补偿量/>补偿虚拟d轴电压/>得到虚拟d轴参考电压/>其中，等于0；d轴电压补偿量/>为：/>

根据虚拟d轴参考电压和虚拟q轴参考电压/>生成PWM控制信号控制逆变器，驱动永磁同步电机运行。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，将电机的瞬时无功功率Q与ω_{e_ref}L_qi²之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴给定电流

3.如权利要求1或2所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，

将虚拟q轴给定电流和预设的电流常量I求和的结果与虚拟的q轴电流实际值/>之间的偏差进行PI调节，得到虚拟q轴电压/>

将虚拟d轴电流给定值与虚拟d轴电流实际值/>之间的偏差进行PI调节，得到虚拟d轴参考电压/>

4.如权利要求1所述的永磁同步电机启动方法，其特征在于，电流常量I为电机额定电流的50％～100％。

5.一种永磁同步电机启动装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1至4中任何一项所述的永磁同步电机启动方法。