CN107733308B - 一种异步电机弱磁控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种异步电机弱磁控制方法和装置，该方法包括：实时获取异步电机定子电压矢量幅值Us；判断Us是否超出设定值Us_set；在判断得到Us超出Us_set时，在d‑q坐标系下，确定异步电机定子电流矢量的调节轨迹；其中，所述调节轨迹的起点为异步电机定子电流矢量的当前坐标，终点为坐标(a，0)，0≤a≤id_min，id_min为异步电机达到最高转速、异步电机转矩电流为零并且Us达到Us_set时所对应的励磁电流；根据Us_set与Us之间偏差程度的变化，调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹移动，直至Us降低到Us_set以下，从而满足了异步电机的弱磁控制要求。

Description

一种异步电机弱磁控制方法和装置
技术领域
本发明涉及弱磁控制技术领域，更具体地说，涉及一种异步电机弱磁控制方法和装置。
背景技术
在异步电机矢量控制中，由于逆变器直流侧电压有限，所以当异步电机转速升高到一定程度时，异步电机定子电压矢量幅值将达到极限值(即逆变器可输出的最大电压)，导致电流调节器饱和，此时逆变器将失去对异步电机定子电流矢量的调节能力。为了获得宽调速范围，需要对异步电机进行弱磁控制，即减小励磁电流，以削弱异步电机磁场，从而将异步电机定子电压矢量幅值稳定在小于极限值的范围内。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种异步电机弱磁控制方法和装置，以满足异步电机的弱磁控制要求。
一种异步电机弱磁控制方法，包括：
实时获取异步电机定子电压矢量幅值；
判断异步电机定子电压矢量幅值是否超出设定值；
在判断得到异步电机定子电压矢量幅值超出所述设定值时，在d-q坐标系下，确定异步电机定子电流矢量的调节轨迹；其中，所述调节轨迹的起点为异步电机定子电流矢量的当前坐标，终点为坐标(a，0)，0≤a≤id_min，id_min为异步电机达到最高转速、异步电机转矩电流为零并且异步电机定子电压矢量幅值达到所述设定值时所对应的励磁电流；
根据所述设定值与异步电机定子电压矢量幅值之间偏差程度的变化，调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹移动，直至异步电机定子电压矢量幅值降低到所述设定值以下。
可选的，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的线段。
可选的，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的曲线。
可选的，所述曲线为正弦或余弦曲线。
可选的，所述终点坐标为(id_min,0)。
一种异步电机弱磁控制装置，包括：
获取单元，用于实时获取异步电机定子电压矢量幅值；
判断单元，用于判断异步电机定子电压矢量幅值是否超出设定值；
确定单元，用于在所述判断单元判断得到异步电机定子电压矢量幅值超出所述设定值时，在d-q坐标系下，确定异步电机定子电流矢量的调节轨迹；其中，所述调节轨迹的起点为异步电机定子电流矢量的当前坐标，终点为坐标(a，0)，0≤a≤id_min，id_min为异步电机达到最高转速、异步电机转矩电流为零并且异步电机定子电压矢量幅值达到所述设定值时所对应的励磁电流；
调节单元，用于根据所述设定值与异步电机定子电压矢量幅值之间偏差程度的变化，调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹移动，直至异步电机定子电压矢量幅值降低到所述设定值以下。
可选的，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的线段。
可选的，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的曲线。
可选的，所述曲线为正弦或余弦曲线。
可选的，所述终点坐标为(id_min,0)。
从上述的技术方案可以看出，本发明在异步电机定子电压矢量幅值Us超出设定值Us_set时，规划出异步电机定子电流矢量的调节轨迹，然后根据Us_set与Us的差值调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹逐渐向终点方向移动，在移动过程中励磁电流和转矩电流逐渐减小，Us随之减小，直至Us降低到Us_set以下时停止调节，满足了异步电机的弱磁控制要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种异步电机弱磁控制方法流程图；
图2为异步电机电动状态下，异步电机定子电流矢量的调节轨迹的终点坐标为(0，0)时的调节轨迹示意图；
图3为异步电机发电状态下，异步电机定子电流矢量的调节轨迹的终点坐标为(0，0)时的调节轨迹示意图；
图4为本发明实施例公开的一种异步电机弱磁控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种异步电机弱磁控制方法，包括：
步骤S01：实时获取异步电机定子电压矢量幅值Us。
步骤S02：判断异步电机定子电压矢量幅值Us是否超出设定值Us_set，在判断得到Us＞Us_set时，进入步骤S03。
具体的，在异步电机矢量控制中，由于逆变器直流侧电压有限，所以当异步电机转速升高到一定程度时，异步电机定子电压矢量幅值Us将达到极限值，导致电流调节器饱和，为了获得宽调速范围，本发明实施例将异步电机定子电压矢量幅值Us＞设定值Us_set(Us_set通常设置为略低于所述极限值的某一值)，视为存在电流调节器饱和的隐患，开始对异步电机进行弱磁控制。
步骤S03：在d-q坐标系下，确定异步电机定子电流矢量的调节轨迹。其中，所述调节轨迹的起点为异步电机定子电流矢量的当前坐标，终点为坐标(a，0)，0≤a≤id_min，id_min为异步电机达到最高转速、异步电机转矩电流为零并且Us＝Us_set时所对应的励磁电流。
具体的，励磁电流为异步电机定子电流矢量的d轴分量。在异步电机达到稳态且忽略电阻对电压的影响的情况下，由异步电机定子电压方程可知，
Figure BDA0001452638510000041
ωe_max为异步电机最高转速对应的同步电角频率，Ls为定子电感。
在异步电机最高转速已知的情况下，由于此时可以依据上述公式计算出id_min，所以异步电机定子电流矢量的调节轨迹的终点可以设置为坐标(a,0)，0≤a≤id_min。而在异步电机最高转速未知的情况下，由于无法依据上述公式计算出id_min，所以异步电机定子电流矢量的调节轨迹的终点只能设置为坐标(0,0)。
当然，在异步电机最高转速已知的情况下，异步电机定子电流矢量的调节轨迹的终点优选为坐标(id_min,0)，此时异步电机转矩响应速度更快。
步骤S04：根据Us_set与Us之间偏差程度的变化，调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹移动，直至Us降低到Us_set以下。
具体的，在异步电机转速一定的情况下，由异步电机定子电压方程可知，异步电机定子电压极限在d-q坐标系下是一以原点为中心的椭圆，称为电压极限椭圆；随着异步电机转速的升高，电压极限椭圆会逐渐缩小。
异步电机定子电流矢量轨迹在d-q坐标系下是一以原点为圆心的圆，其半径为异步电机定子电流矢量幅值。只有异步电机定子电流矢量位于电压极限椭圆内部时，电流调节器才不会饱和。
基于此，本发明实施例在Us＞Us_set(即存在电流调节器饱和的隐患)时，规划出异步电机定子电流矢量的调节轨迹，也就是异步电机定子电流矢量的顶点的移动轨迹，然后将Us_set与Us的差值输入电压调节器，所述电压调节器的输出为针对当前异步电机定子电流矢量的调节量或调节系数，所述调节量或调节系数表征的是对异步电机定子电流矢量的调节程度。接下来，根据所述电压调节器输出的调节量或调节系数调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹逐渐向终点移动，Us_set与Us的差值越大，对异步电机定子电流矢量的调节程度越大，异步电机定子电流矢量距离终点就越近，对应的，励磁电流(即异步电机给定电流矢量的d轴分量)和转矩电流(即异步电机给定电流矢量的q轴分量)就越小。由异步电机定子电压方程可知，励磁电流和转矩电流的减小都能够降低Us，因此本发明实施例能够使Us快速降低到Us_set以下，此时异步电机定子电流矢量位于当前转速下的电压极限椭圆内部，避免了电流调节器饱和，满足了异步电机的弱磁控制要求。
其中，异步电机定子电流矢量的调节轨迹可以是一条由起点指向终点的线段，也可以是一条由起点指向终点的曲线，例如正/余弦曲线等，并不局限。
举例说明，当异步电机定子电流矢量的调节轨迹是一条由起点指向终点(0,0)的线段时，用Is表示调节前的异步电机定子电流矢量，用Is'表示调节后的异步电机定子电流矢量，则Is'＝Is(1+k)，异步电机定子电流矢量的调节量为k·Is'，k为调节系数，-1≤k＜0，k随Us_set与Us之间偏差程度的增大而减小，当k减小到-1时Is'移动到所述终点(0,0)，如图2～图3所示。
图2为异步电机电动状态下，异步电机定子电流矢量的调节轨迹示意图，图3为异步电机发电状态下，异步电机定子电流矢量的调节轨迹示意图，图2、图3中的两个椭圆代表不同转速下的电压极限椭圆，由Is的顶点指向(0,0)的线段为所述调节轨迹l。
此外，本发明实施例还公开了一种异步电机弱磁控制装置，包括：
获取单元100，用于实时获取异步电机定子电压矢量幅值；
判断单元200，用于判断异步电机定子电压矢量幅值是否超出设定值；
确定单元300，用于在判断单元200判断得到异步电机定子电压矢量幅值超出所述设定值时，在d-q坐标系下，确定异步电机定子电流矢量的调节轨迹；其中，所述调节轨迹的起点为异步电机定子电流矢量的当前坐标，终点为坐标(a，0)，0≤a≤id_min，id_min为异步电机达到最高转速、异步电机转矩电流为零并且异步电机定子电压矢量幅值达到所述设定值时所对应的励磁电流；
调节单元400，用于根据所述设定值与异步电机定子电压矢量幅值之间偏差程度的变化，调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹移动，直至异步电机定子电压矢量幅值降低到所述设定值以下。
可选的，确定单元300确定的所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的线段。
可选的，确定单元300确定的所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的曲线，例如正/余弦曲线。
可选的，所述终点坐标为(id_min,0)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种异步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括：
实时获取异步电机定子电压矢量幅值；
判断异步电机定子电压矢量幅值是否超出设定值；
在判断得到异步电机定子电压矢量幅值超出所述设定值时，在d-q坐标系下，确定异步电机定子电流矢量的调节轨迹；其中，所述调节轨迹的起点为异步电机定子电流矢量的当前坐标，终点为坐标(a，0)，0≤a≤id_min，id_min为异步电机达到最高转速、异步电机转矩电流为零并且异步电机定子电压矢量幅值达到所述设定值时所对应的励磁电流；
根据所述设定值与异步电机定子电压矢量幅值之间偏差程度的变化，调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹向终点移动，直至异步电机定子电压矢量幅值降低到所述设定值以下；其中，异步电机定子电流矢量距离终点越近，异步电机定子电流矢量的d轴分量和q轴分量越小。
2.根据权利要求1所述的异步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的线段。
3.根据权利要求1所述的异步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的曲线。
4.根据权利要求3所述的异步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述曲线为正弦或余弦曲线。
5.根据权利要求1所述的异步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述终点坐标为(id_min,0)。
6.一种异步电机弱磁控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于实时获取异步电机定子电压矢量幅值；
判断单元，用于判断异步电机定子电压矢量幅值是否超出设定值；
确定单元，用于在所述判断单元判断得到异步电机定子电压矢量幅值超出所述设定值时，在d-q坐标系下，确定异步电机定子电流矢量的调节轨迹；其中，所述调节轨迹的起点为异步电机定子电流矢量的当前坐标，终点为坐标(a，0)，0≤a≤id_min，id_min为异步电机达到最高转速、异步电机转矩电流为零并且异步电机定子电压矢量幅值达到所述设定值时所对应的励磁电流；
调节单元，用于根据所述设定值与异步电机定子电压矢量幅值之间偏差程度的变化，调节异步电机定子电流矢量，使得异步电机定子电流矢量沿着所述调节轨迹向终点移动，直至异步电机定子电压矢量幅值降低到所述设定值以下；其中，异步电机定子电流矢量距离终点越近，异步电机定子电流矢量的d轴分量和q轴分量越小。
7.根据权利要求6所述的异步电机弱磁控制装置，其特征在于，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的线段。
8.根据权利要求6所述的异步电机弱磁控制装置，其特征在于，所述调节轨迹是一条由所述起点指向所述终点的曲线。
9.根据权利要求8所述的异步电机弱磁控制装置，其特征在于，所述曲线为正弦或余弦曲线。
10.根据权利要求6所述的异步电机弱磁控制装置，其特征在于，所述终点坐标为(id_min,0)。
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