CN105305916A - 一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法 - Google Patents

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魏海峰
韦汉培
张懿
朱学青
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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，包括如下步骤：比较永磁同步电机的额定转速与实际转速，若实际转速高于额定转速，根据生产厂家提供的参数或计算互感磁链；将给定转速与实际转速的偏差输入PI调节器，将输出作为用于励磁控制的d轴电流id；将给定转速ωref与实际转速ω的偏差经过PI_2调节器，输出给定转矩将给定转矩与实际转矩Te的偏差经过PI_3调节器，输出作为用于转矩控制的电流q轴分量iq。据此计算d-q坐标系下d轴、q轴的自感磁链；根据互感磁链与自感磁链计算得到定子磁链幅值给定。本发明中的方法简便有效，并在实现过程中毋须改变电机的内部结构和控制***硬件，控制过程更容易实现，有效拓宽电机调速范围，降低了电机生产及控制成本。

Description

一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，特别涉及一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法。
背景技术
永磁同步电机以其高效率、高功率密度和高转矩惯量比特性在轨道、交通、电力牵引、电动汽车等要求较高的调速驱动***中得到了广泛的应用。
为了实现永磁同步电机弱磁运行，传统的方法大致可以分为两个方向，即前馈式开环调节和反馈式闭环调节。前者是基于电机机体本身的数学模型，恒功率区运行时，对于弱磁区间的分析判断和调节弱磁电流给定值，依靠电机数学模型公式进行推导计算。前馈式开环调节方法的缺陷在于对电机模型参数依赖性较强，算法鲁棒性一般。反馈式闭环调节方法包括查表法，梯度下降法，最大转矩控制法等，缺陷在于算法非常复杂，难以实际应用。
基于目前状况，本发明人对永磁同步电机弱磁运行时的定子磁链幅值给定方法进行深入研究，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提出一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，其可有效拓宽电机调速范围，减少永磁同步电机的起动时间，提升电机的工作效率。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，包括如下步骤：
(1)比较永磁同步电机的实际转速ω与额定转速ωN，若ω>ωN进入步骤(2)，否则结束程序；
(2)设定转子永磁体磁链ψf；
(3)设定d-q坐标系下d轴、q轴的自感磁链Ldid、Lqiq；
(4)计算d轴分量ψd＝Ldid+ψf，q轴分量ψq＝Lqiq，从而根据得到定子磁链幅值给定值
上述步骤(2)中，转子永磁链ψf以永磁同步电机的生产厂家提供的参数为准。
上述步骤(2)中，转子永磁体磁链ψf根据计算，其中，UN是永磁同步电机的额定相电压峰值，Udc是额定电压，ωN是额定角速度，fN是额定频率。
上述步骤(3)中，d轴电流id的设定方法是：将给定转速ωref与实际转速ω的偏差输入PI_1调节器，将输出作为用于励磁控制的d轴电流id。
上述步骤(3)中，q轴电流iq的设定方法是：将给定转速ωref与实际转速ω的偏差经过PI_2调节器，输出给定转矩将给定转矩与实际转矩Te的偏差经过PI_3调节器，输出作为用于转矩控制的q轴电流iq；
采用上述方案后，本发明方法简便有效，并在实现过程中毋须改变电机的内部结构和控制***硬件，控制过程更容易实现，有效拓宽电机调速范围，降低了电机生产及控制成本,提升电机工作效率。
附图说明
图1是永磁同步电机定子磁链分析原理图；
图2是永磁同步电机的d轴分量id的给定方法图；
图3是永磁同步电机的q轴分量iq的给定方法图；
图4是本发明的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
结合图1，对定子磁链进行分析，定子磁链是由定子绕组自感产生的磁链与转子永磁体在定子绕组上激励产生的互感磁链两部分组成，在d-q坐标系下，定子磁链ψs的分量ψd，ψq的计算公式分别是：ψd＝Ldid+ψf，ψq＝Lqiq，式中，id、iq分别为d轴、q轴电流，Ld、Lq分别为永磁同步电机d轴、q轴电感，ψf为互感磁链。其中，当d轴电流为负值时，可以有效削弱定子磁链的幅值；转子永磁体磁链则由永磁同步电机参数决定，因此，可以通过设定合适的电流值id、iq，从而计算得到适当的定子磁链幅值给定值实现永磁同步电机的弱磁运行控制。
基于以上分析，本发明提供一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，配合图4所示，包括如下步骤：
(1)设定永磁同步电机的额定转速为ωN，测量永磁同步电机的实际转速ω，并与额定转速ωN比较，由于仅在实际转速高于额定转速时，永磁同步电机才能运行在恒功率区，因此首先需确认ω>ωN，否则结束程序；
(2)设定互感磁链ψf：若永磁同步电机的生产厂家提供了永磁同步电机参数，则以提供的参数为准；若没有提供参数，则根据UN是额定相电压峰值，Udc是电机的额定电压，ωN是额定角速度，fN是额定频率。
(3)设定自感磁链：在d-q坐标系下，d轴、q轴的自感磁链分别是Ldid、Lqiq，其中，Ld、Lq分别为永磁同步电机d轴、q轴电感，为固定值，因此需设定id、iq，具体来说，将给定转速ωref与实际转速ω的偏差输入PI调节器，将输出作为用于励磁控制的d轴电流id，给定转速ωref与实际转速ω的偏差经过PI_2调节器，输出给定转矩给定转矩与实际转矩Te的偏差经过PI_3调节器，输出作为用于转矩控制的电流q轴分量iq，如图2、图3所示；
(4)根据步骤(2)、(3)计算得到的互感磁链和自感磁链，计算d轴分量ψd＝Ldid+ψf，q轴分量ψq＝Lqiq，从而根据得到定子磁链幅值给定值
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)比较永磁同步电机的额定转速ωN与实际转速ω，若ω>ωN进入步骤(2)，否则结束程序；
(2)设定互感磁链ψf；
(3)设定d-q坐标系下d轴、q轴的自感磁链Ldid、Lqiq；
(4)计算d轴分量ψd＝Ldid+ψf，q轴分量ψq＝Lqiq，从而根据得到定子磁链幅值给定值
2.如权利要求1所述的永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，其特征在于：步骤(2)中，转子永磁链ψf以永磁同步电机的生产厂家提供的参数为准。
3.如权利要求1所述的永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，其特征在于：步骤(2)中，转子永磁体磁链ψf根据计算，其中，UN是永磁同步电机的额定相电压峰值，Udc是额定电压，ωN是额定角速度，fN是额定频率。
4.如权利要求1所述的永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，其特征在于：步骤(3)中，d轴电流id的设定方法是：给定转速ωref与实际转速ω的偏差输入PI_1调节器，输出d轴电流分量id。
5.如权利要求1所述的永磁同步电机定子磁链弱磁给定方法，其特征在于：步骤(3)中，q轴分量iq的设定方法是：将给定转速ωref与实际转速ω的偏差输入PI_2调节器，输出给定转矩给定转矩与实际转矩Te的偏差输入PI_3调节器，输出q轴电流分量iq。
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