专利名称：隐极式永磁同步电机磁链自适应直接转矩控制方法
技术领域：
本发明所涉及的是一种适用于隐极式永磁同步电机的磁链自适应直接转矩控制 方法，属永磁同步电机直接转矩控制应用方法
背景技术：
永磁同步电机因其损耗小、效率高、功率密度高等诸多优点使得其应用范围几乎 涵盖了航空航天、国防、工业以及日常生活的各个领域，特别是在高性能交流调速场合，永 磁同步电机的应用范围进一步扩大。直接转矩控制方法不要求严格的磁场定向，省去了电流环，对电机参数依赖低，能 够实现对电机转矩的直接控制，动态性能优良，受到了广泛关注。1997年在美国IEEE PE杂志上公开了一种永磁同步电机直接转矩控制方案。随 后，国内外技术人员对该技术进行了深入研究，取得了很多成果。纵观所取得的研究成果， 虽然在具体实现方法上各有特点，但大多通过保持定子磁链幅值恒定，迅速控制转矩角实 现对电机转矩的有效控制。传统永磁同步电机直接转矩控制方法在额定条件下运行时，定 子磁链给定一般为其额定值，而当电机空载运行时，电机转矩仅用来克服摩擦阻力的影响， 如果仍然要求保持定子磁链为其额定值，则在空载情况下需要提供额外的定子无功电流来 保持定子磁链幅值恒定，而无功电流的引入必然导致电机功率因数降低，因此，有必要研究 永磁同步电机直接转矩控制方法中定子磁链新的控制方法，以保证永磁同步电机具有良好 动态性能的同时电机功率因数得到有效提高。
发明内容
本发明的目的是解决传统隐极式永磁同步电机直接转矩控制在电机空载和轻载 运行时功率因数偏低的问题，以保证电机在具有良好动态性能的同时也具有很高的功率因数。为实现上述目的，本发明的技术方案是，硬件系统由主回路，检测回路，控制回路 三大部分组成。主回路由隐极式永磁同步电机与功率变换器串联，将功率变换器接到供电 电网；检测回路由电流传感器和电压传感器组成；控制回路由模数转换器连于基于数字信 号处理器(DSP)的控制单元，产生功率变换器所需的驱动信号，再连于与功率变换器相连 的变换器控制信号处理单元所组成。在检测回路中，采用无速度传感器技术实现对电机转 速的闭环控制；在控制回路中不需要电流闭环控制。隐极式永磁同步电机磁链自适应直接转矩控制方法，其特征在于，隐极式永磁同 步电机转矩取决于定子磁链幅值和转矩角二者共同作用的结果，由于永磁同步电机转子永 磁体磁链恒定，而定子磁链幅值和转矩角正弦值二者的乘积即为定子磁链交轴分量，则电 机转矩直接和定子磁链交轴分量成正比，通过控制定子磁链交轴分量即可实现对电机转矩 的直接控制，而对定子磁链直轴分量没有要求。由于定子磁链交直轴分量直接和电流交直 轴分量相关，而电机电流直轴分量没有参与电机转矩的产生，额外的直轴电流分量会增加无功电流分量，降低电机功率因数，从保持电机转矩响应的快速性同时提高电机运行的功 率因数角度对定子磁链给定进行控制。根据直接转矩控制方法中的转矩观测器首先得到电 机实际转矩，由电机实际转矩确定所需的定子磁链交轴分量，由于定子电流的直轴分量没 有参与电机转矩的产生，从尽量减小无功电流角度确定定子磁链直轴分量为转子永磁体磁 链，合成定子磁链交轴分量和定子磁链直轴分量最终得到直接转矩控制方法中的定子磁链 给定值，以该给定值作为直接转矩控制中的磁链给定实现电机定子磁链随电机转矩的变化 而自适应的变化，在保证电机转矩响应快速性的同时实现电机高功率因数运行。
图1永磁同步电机直接转矩控制系统硬件组成框图。图2永磁同步电机相量图。图3定子绕组为三角形连接的永磁同步电机电压矢量和定转子磁链位置示意图。图1中各框图内的编号名称分别是；1、永磁同步电机，2、功率变换器，3、变换器控 制电路，4、基于数字信号处理器的控制单元，5、模数转换器A/D，6、电流传感器和电压传感
ο图2中符号名称， >_端电压相量，} ~电机电流相量，i; _电机空载反电势相量， θ m_电机端电压相量和电机电流相量之间的夹角，即功率因数角，θ ΕΙ-电机电流相量和空 载反电势相量之间的夹角，即为内功率因数角，S -电机端电压相量和空载反电势相量之间 的夹角，即为转矩角。图3中符号名称α β _两相静止坐标系，￥s-电机定子磁链幅值，θ se-定子磁链 相对于α轴角度，Vf-转子永磁体磁链，θ -转子磁链相对于α轴角度，δ-定子磁链和 转子磁链之间的夹角，Vl V6-六个运动电压矢量。具体实施方法根据附图叙述本发明的具体实施方式
、工作原理和工作过程本发明所提出的隐极式永磁同步电机磁链自适应直接转矩控制方法基于图1所 示永磁同步电机直接转矩控制硬件系统来实现，该硬件系统包括由隐极式永磁同步电机1、 功率变换器2 二者连接而成的主回路；由电流传感器和电压传感器6组成的检测回路，由模 数转换器A/D 5连于基于数字信号处理器(DSP)的控制单元4后再连于变换器控制信号3 所组成的控制回路。功率变换器可由分立的IGBT功率管或功率场效应管组成，也可由集成 的智能功率模块(IPM)构成；电流电压传感器为霍尔传感器，或为采样电阻。传感器将主回 路上的电流和电压转变为弱电的模拟电压信号，进入模数转换器A/D，由它将模拟信号转换 为数字信号，再送给DSP控制单元所用。根据采样得到的信号计算出定子磁链和转矩，通过 磁链和转矩调节器选择最优电压矢量，经由变换器控制信号3，发出驱动信号控制主回路中 的功率变换器。在控制回路中没有电流闭环并采用无速度传感器技术实现对电机转速的闭 环控制。在图1所示硬件平台上进行永磁同步电机磁链自适应直接转矩控制方法的具体 实现，结合附图叙述本发明提出的隐极式永磁同步电机磁链自适应直接转矩控制方法基本 原理及设计过程如下对于隐极式永磁同步电机，其转矩如式⑴所示，
权利要求
一种隐极式永磁同步电机磁链自适应直接转矩控制方法，其特征在于，从提高电机功率因数同时保持快速的转矩响应的角度，对隐极式永磁同步电机直接转矩控制中的定子磁链进行动态控制，电机定子磁链由直轴分量和交轴分量组成，由于定子磁链的交轴分量和电机转矩成正比，由电机转矩确定定子磁链交轴分量，而由于对定子磁链直轴分量没有要求，为降低无功电流分量，提高电机功率因数，定子磁链的直轴分量取转子永磁体磁链的量值，由这样得到的定子磁链交、直轴分量合成得到直接转矩控制所需要的定子磁链幅值给定，该定子磁链给定随着电机负载转矩的变化而自适应变化，在保证转矩响应快速性的同时实现永磁同步电机高功率因数运行。
全文摘要
一种隐极式永磁同步电机磁链自适应直接转矩控制方法，该方法首先根据转矩观测器观测得到的电机转矩确定在一定的负载转矩下所需的定子磁链交轴分量，从减小电机直轴电流提高功率因数角度出发以转子永磁体磁链作为定子磁链直轴分量，合成定子磁链直交轴分量最终得到直接转矩控制方法中的定子磁链给定，该定子磁链给定随着电机负载转矩的变化而自适应变化，在保证转矩响应快速性的同时实现永磁同步电机高功率因数运行。
文档编号H02P21/14GK101938245SQ201010269189
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者杨建飞, 胡育文 申请人:南京航空航天大学