CN110492812B - 一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法 - Google Patents
一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种永磁同步电动机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法,通过已知静止坐标αβ系下定子电流变化量公式和转子位置误差公式,通过推导,得到转子位置误差和电磁转矩误差的关系,建立模型。本发明通过推导得到转子位置误差和电磁转矩误差的关系,减少电磁转矩在转子上的脉动量,减少电磁噪声。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的控制,尤其涉及对于电机转子位置误差及电磁转矩误差的建模方法。
背景技术
目前,在以三相永磁同步电动机驱动的装备中,其调速方式主要以矢量控制为主,且技术比较成熟,矢量控制是假定磁动势沿气隙成正弦规律分布的;但是,在实际控制过程中,电机气隙主磁场并不是完全按正弦波分布的,由于永磁体和定子磁场的共同作用,这种使磁场出现动态变化的情况,使电磁转矩在转子上出现脉动量,其脉动引起转子振动,产生噪声,是电磁噪声的主要来源,其重要原因是在估计转子位置时,角度估计有误差存在,但现在文献在进行电机控制时,往往因为忽略转子位置的微小误差对转矩的影响。
发明内容
基于上述问题,本发明提出一种永磁同步电动机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法,得到转子位置误差和电磁转矩误差的关系,减少电磁转矩在转子上的脉动量,减少电磁噪声。
所采用的技术方案是:一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法,模型构建方法步骤如下:
通过已知静止坐标αβ系下定子电流变化量公式
其中,Δiα为静止坐标αβ系下α轴的电流变化量,Δiβ为β轴的电流变化量,ψr为转子磁链,Ld和Lq为定子在转子dq坐标系下的分量;k为当前的采样瞬间,T为采样周期;
已知转子位置误差公式,Δθ=θr-θrm=∫(ωr-ωrm)dt (2),
其中,ωr为转子实际速度;而ωrm为检测速度,速度检测以高分辨率的编码器来完成;θr是转子位置的实际角度值,θrm转子位置的检测角度值;(1)式和(2)在文献(H.Lu,L.Zhang,and W.Qu,A new torque control method for torque ripple minimizationof BLDCmotors with un-ideal back EMF,IEEE Transactions on Power Electronics,23(2),950-958,2008.)可得;
当转子位置有误差时,其转矩误差可以根据异步电动机αβ坐标下公式来求得,异步电机的转矩公式为
其中,Lm和Lr分别是定子与转子同轴等效绕组间的互感和转子等效两相绕组的自感;isβ和isα分别是定子在αβ坐标下的两个电流分量;ψrα和ψrβ是转子磁链在αβ坐标下的两个分量;
由于三相永磁同步电动机的转子是永磁体,则转子磁链在αβ坐标下的两个分量:
ψrα=ψrsin(θrm+Δθ) (8)
ψrβ=ψrcos(θrm+Δθ) (9);
当在Δθ角的情况下,转矩误差为ΔTe,(8)和(9)式代入(7)中,
根据公式(6)和公式(10),则最终可获得转子位置误差与转矩误差的对应关系,即:
三相永磁同步电动机中,目前常用的矢量控制是令isd=0的恒转矩调速形式,其中isd是定子电流在dq坐标上的d轴分量;当在dq坐标中,按转子磁链定向时d轴与转子磁链重合,isd分量是控制转子磁链ψr的大小,isq是控制转矩的分量,当保持isd=0时,则气隙磁场不受定子磁场影响,完全由转子磁链作用。从目前已知的情况下,要保持isd=0,则转子位置角θr必须精确估算,如果有误差,则会出现偏移参考坐标系,使转子径向出现电磁力,转矩电流分量偏小,转矩出现脉动,最终会出现电磁噪声偏大的情况。本发明通过建立永磁同上不电动机转子位置误差及电磁转矩误差的模型,导出转子位置误差和电磁转矩关系,减少电磁转矩在转子上的脉动量,减少电磁噪声。
附图说明
图1是三相永磁同步电机矢量控制图;
图2是本发明中对应于实际及估算转子位置的误差相量图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
参见图1至图2所示,三相永磁同步电动机中,目前常用的矢量控制是令isd=0的恒转矩调速形式,其中isd是定子电流在dq坐标上的d轴分量,如图1所示(阮毅,杨影,陈伯时等.电力拖动自动控制***—运动控制***[M].5版,北京,机械工业出版社,2016.)。当在dq坐标中,按转子磁链定向时d轴与转子磁链重合,isd分量是控制转子磁链ψr的大小,isq是控制转矩的分量,当保持isd=0时,则气隙磁场不受定子磁场影响,完全由转子磁链作用。但从图1中可以看出来,要保持isd=0,则转子位置角θr必须精确估算,如果有误差,则会出现偏移参考坐标系,使转子径向出现电磁力,转矩电流分量偏小,转矩出现脉动,最终会出现电磁噪声偏大的情况。
由文献(H.Lu,L.Zhang,and W.Qu,A new torque control method for torqueripple minimization of BLDCmotors with un-ideal back EMF,IEEE Transactions onPower Electronics,23(2),950-958,2008.)可得下列表达式,(1)式和(2)式
Δθ=θr-θrm=∫(ωr-ωrm)dt (2);
其中,Δiα为静止坐标αβ系下α轴的电流变化量,Δiβ为β轴的电流变化量,ψr为转子磁链,Ld和Lq为定子在转子dq坐标系下的分量;k为当前的采样瞬间,T为采样周期。ωr为实际速度,而ωrm为检测速度,速度检测以高分辨率的编码器来完成,θr和θrm分别是转子位置的实际角度值和检测值。
当转子位置有误差时,其转矩误差可以根据异步电动机αβ坐标下公式来求得,异步电机的转矩公式为
其中,Lm和Lr分别是定子与转子同轴等效绕组间的互感和转子等效两相绕组的自感;isβ和isα分别是定子在αβ坐标下的两个电流分量;ψrα和ψrβ是转子磁链在αβ坐标下的两个分量;
由于三相永磁同步电动机的转子是永磁体,则转子磁链在αβ坐标下的两个分量:
ψrα=ψrsin(θrm+Δθ) (8)
ψrβ=ψrcos(θrm+Δθ) (9);
当在Δθ角的情况下,转矩误差为ΔTe,(8)和(9)式代入(7)中,
根据公式(6)和公式(10),则最终可获得转子位置误差与电磁转矩误差的对应关系,即:
Claims (1)
1.一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法,其特征在于:模型构建方法步骤如下:
通过已知静止坐标αβ系下定子电流变化量公式
其中,Δiα为静止坐标αβ系下α轴的电流变化量,Δiβ为β轴的电流变化量,ψr为转子磁链,Ld和Lq为定子在转子dq坐标系下的分量;k为当前的采样瞬间,T为采样周期;
已知转子位置误差公式,Δθ=θr-θrm=∫(ωr-ωrm)dt (2),
其中,ωr为转子实际速度;而ωrm为检测速度,速度检测以高分辨率的编码器来完成;θr是转子位置的实际角度值,θrm转子位置的检测角度值;
当转子位置有误差时,其转矩误差可以根据异步电动机αβ坐标下公式来求得,异步电机的转矩公式为
其中,Lm和Lr分别是定子与转子同轴等效绕组间的互感和转子等效两相绕组的自感;isβ和isα分别是定子在αβ坐标下的两个电流分量;ψrα和ψrβ是转子磁链在αβ坐标下的两个分量;
由于三相永磁同步电动机的转子是永磁体,则转子磁链在αβ坐标下的两个分量:
ψrα=ψrsin(θrm+Δθ) (8)
ψrβ=ψrcos(θrm+Δθ) (9);
当在Δθ角的情况下,转矩误差为ΔTe,(8)和(9)式代入(7)中,得:
根据公式(6)和公式(10),则最终可获得转子位置误差与转矩误差的对应关系,即:
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