CN109687791A - 一种减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，该控制方法基于零矢量的弱磁控制方法根据零矢量作用时间来判定电机是否需要弱磁，当零矢量作用时间T₀小于0时，则认为逆变器已无法输出所需要的电机矢量，此时需要进行弱磁；当异步电机弱磁运行时，若期望输出电压幅值为时，执行包括以下步骤：设置不同的电压拓展系数k_u值；根据电压拓展系数k_u值计算拓展电压幅值U_ext；根据电压拓展圆的幅值与期望输出电压与扇区起始边的夹角θ计算两个非零矢量作用的时间T₁′和T₂′；设置参考矢量作用时间为T_ref＝min{T_s,T₁′+T₂′}。本发明能消除对稳定转矩几乎没有贡献的电压部分，保留对相对稳定转矩有贡献的电压部分，能有效的减小异步电机弱磁运行时的转矩脉动。

Description

一种减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，更具体的，涉及一种减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法。

背景技术

高速加工被称为当代四大先进制造技术之一，高速加工不仅可以大幅度提高零件的加工效率，降低加工成本，还能改善零件的加工精度和表面质量，解决常规加工中难以解决的某些特殊材料加工的问题。这对感应电机的控制提出了更高的要求，比如：大转矩输出能力，宽调速范围，高速运行时速度稳定等。虽然在近几年，我国在高加工技术领域取得了一定进步，但仍与先进工业国际有较大的差距。

目前，现有技术主要采用基于零矢量的弱磁控制方法对异步电机弱磁控制***进行控制，所述的异步电机弱磁控制***的工作原理，如图1所示，该方法主要根据零矢量的作用时间来确定励磁电流的给定，其原理图如图2所示。

在SVPWM中，期望输出电压由该期望输出电压所在扇区的两个非零基本矢量合成，两非零基本矢量作用的时间分别为T_A和T_B，并有，

T_A+T_B≤T_s

式中，T_s为逆变器开关周期。

当零矢量作用时间T₀＝T_s-T_A-T_B＜0时，则认为期望电压矢量已经无法输出，此时需要进行弱磁。由于T₀的作用时间和电压的幅值成反比，所以当T₀＝0时对应逆变器输出六边形的电压边界，如图3所示。但由于这种方法的电压极限只能是六边形，随着期望电压接近六边形的顶点时，最大转矩的变化趋势(引起转矩脉动的主要原因)越来越大，这些较大的电压值导致更为严重的转矩脉动，而对相对稳定的转矩几乎没什么贡献，这在大多数应用中是不希望看到的。因此，六边形电压边界并不是最完美的选择，需要在电机最大转矩输出能力和减小转矩脉动之间进行权衡。

发明内容

本发明为了解决采用基于零矢量作用时间的弱磁方法时，当零矢量作用时间T₀等于0时，对应逆变器输出六边形的电压边界，电机在弱磁区运行时会带来严重的转矩脉动，无法实现电机最大转矩输出能力和减小转矩脉动之间进行权衡的问题，提供了一种减少异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，其能消除对稳定转矩几乎没有贡献的电压部分，并在电机最大转矩输出能力与减小转矩脉动之间进行权衡。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，所述该控制方法包括以下步骤：

S1：基于零矢量的弱磁控制方法，在异步电机弱磁控制***的SVPWM中，期望输出电压由该期望输出电压所在扇区的两个非零基本矢量合成，两个非零基本矢量作用的时间分别为T_A和T_B，并有

T_A+T_B≤T_s

式中，T_s为逆变器开关周期；

当零矢量作用时间T₀＝T_s-T_A-T_B＜0时，则期望电压矢量已经无法输出，此时需要进行弱磁；

S2：当异步电机弱磁运行，若期望输出电压幅值为时，设置不同的电压拓展系数k_u值；

S3：根据电压拓展系数k_u值计算拓展电压幅值U_ext；

S4：根据电压拓展圆的幅值与期望输出电压与扇区起始边的夹角θ计算两个非零矢量作用的时间T₁'和T₂'；

S5：设置参考矢量作用时间为T_ref＝min{T_s,T₁'+T₂'}。

优选地，步骤S2，所述电压拓展系数k_u值的取值范围为1≤k_u≤1.15。

进一步地，步骤S3，所述根据电压拓展系数k_u值计算拓展电压幅值U_ext的计算公式如下：

再进一步地，步骤S4，当取1≤k_u≤1.15时，根据电压拓展圆的幅值与期望输出电压与扇区起始边的夹角θ计算两个非零矢量作用的时间T₁'和T₂'，具体计算如下：

式中，u_α＝U_ext cosθ，u_β＝U_ext sinθ，将其带入式(2)并结合式(1)可得：

本发明当k_u由1逐渐增加到1.15时，电压拓展圆由内切圆向六边形边界平稳变化，考虑到转矩最大化与减小转矩脉动之间的权衡，可以选择合适的k_u来满足***的要求。

本发明的有益效果如下：本发明通过设置合理的电压拓展系数k_u值，设置根据压拓展系数k_u值计算得到的参考矢量作用时间，从而能消除对稳定转矩几乎没有贡献的电压部分，保留对相对稳定转矩有贡献的电压部分，能有效的减小异步电机弱磁运行时的转矩脉动。

附图说明

图1是异步电机弱磁控制***框图。

图2是基于零矢量的弱磁控制方法原理图。

图3是基于零矢量的弱磁控制方法得到的六边形电压边界图。

图4是本发明的弱磁控制方法原理图。

图5是本发明得到空间电压矢量示意图。

图6是本发明得到电压拓展示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

实施例1

如图4所示，一种减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，本实施所述减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法用于异步电机弱磁控制***，并以异步电机弱磁控制***详细介绍本发明的技术方案，所述的异步电机弱磁控制***的工作原理如图1所示，本实施所述的异步电机弱磁控制***为现有技术，在此不再详细描述。

所述减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法是基于零矢量的弱磁控制方法，在异步电机弱磁控制***的SVPWM中，期望输出电压由该期望输出电压所在扇区的两个非零基本矢量合成，两个非零基本矢量作用的时间分别为T_A和T_B，并有

T_A+T_B≤T_s

式中，T_s为逆变器开关周期；

当零矢量作用时间T₀＝T_s-T_A-T_B＜0时，则期望电压矢量已经无法输出，此时需要进行弱磁；

当异步电机弱磁运行，若期望输出电压幅值为期望输出电压幅值对应图5中的内切圆，此时异步电机弱磁运行时转矩脉动最小，但同时由于没有充分利用逆变器的输出能力，异步电机弱磁运行时的转矩输出能力也将减小，为了在最大转矩输出能力和减小转矩脉动之间做权衡，引入电压拓展系数k_u，定义：

式中，U_ext表示拓展电压幅值。由此可以根据电压拓展系数k_u值计算拓展电压幅值U_ext。

当所述电压拓展系数k_u值的取值范围为1≤k_u≤1.15，对应图5中的虚线的电压拓展圆，以第一扇区为例，根据图5中向量的关系计算两个非零矢量作用的时间T₁'和T₂'，即根据电压拓展圆的幅值与期望输出电压与扇区起始边的夹角θ计算两个非零矢量作用的时间T₁'和T₂'，具体计算如下：

式中，u_α＝U_ext cosθ，u_β＝U_ext sinθ，将其带入式(2)并结合式(1)可得：

设置参考矢量作用时间为:

T_ref＝min{T_s,T₁'+T₂'}。

本实施例通过设置参考矢量作用时间为T_ref＝min{T_s,T₁'+T₂'}的方法来确定励磁电流，从而消除消除对稳定转矩几乎没有贡献的电压部分，保留对相对稳定转矩有贡献的电压部分，如图5中阴影部分所示，能有效的减小异步电机弱磁运行时的转矩脉动，从而实现在电机最大转矩输出能力和减小转矩脉动之间进行权衡。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，其特征在于：所述该控制方法包括以下步骤：

S1：基于零矢量的弱磁控制方法，在异步电机弱磁控制***的SVPWM中，期望输出电压由该期望输出电压所在扇区的两个非零基本矢量合成，两个非零基本矢量作用的时间分别为T_A和T_B，并有

T_A+T_B≤T_s

式中，T_s为逆变器开关周期；

当零矢量作用时间T₀＝T_s-T_A-T_B＜0时，则期望电压矢量已经无法输出，此时需要进行弱磁；

S2：当异步电机弱磁运行时，若期望输出电压幅值为时，设置不同的电压拓展系数k_u值；

S3：根据电压拓展系数k_u值计算拓展电压幅值U_ext；

S4：根据电压拓展圆的幅值与期望输出电压与扇区起始边的夹角θ计算两个非零矢量作用的时间T′₁和T′₂；

S5：设置参考矢量作用时间为T_ref＝min{T_s,T′₁+T′₂}。

2.根据权利要求1所述的减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，其特征在于：步骤S2，所述电压拓展系数k_u值的取值范围为1≤k_u≤1.15。

3.根据权利要求2所述的减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，其特征在于：步骤S3，所述根据电压拓展系数k_u值计算拓展电压幅值U_ext的计算公式如下：

4.根据权利要求3所述的减小异步电机弱磁运行时转矩脉动的控制方法，其特征在于：步骤S4，当取1≤k_u≤1.15时，根据电压拓展圆的幅值与期望输出电压与扇区起始边的夹角θ计算两个非零矢量作用的时间T₁'和T₂'，具体计算如下：

式中，u_α＝U_extcosθ，u_β＝U_extsinθ，将其带入式(2)并结合式(1)可得：