本发明涉及一种永磁同步电机的交直轴电感特性曲线的测定方法。
背景技术
在永磁同步电机控制中,交直轴电感对电流环调节器、弱磁控制算法、最大转矩电流比算法、无速度传感器速度估算算法等诸多环节,都有不同程度的影响。
永磁同步电机的交轴电感lq和直轴电感ld受磁路饱和程度的影响较大,对于内嵌式永磁同步电机,lq和ld在不同的磁饱和程度下变化范围可达1~3倍。现有的交直轴电感测量方法有基于时域的脉冲电压法和基于频域的交流注入法,现有方法只能测出电机在某一饱和程度下的电感量,无法准确测出电机在不同磁饱和程度下的电感量,无法测定出d轴和q轴的电感随磁饱和程度变化的特性曲线。现有方法在实施过程中受逆变器死区效应和电流采样噪声影响较大,精度较差。
技术实现要素:
针对上述技术问题,本发明提供一种永磁同步电机的交直轴电感特性曲线的测定方法,包括以下步骤:
步骤1:首先打开制动器,使电机轴可自由旋转,用驱动器控制永磁同步电机,将电机转子轴旋转到-30°电角度的位置,然后锁定制动器,使电机轴固定。
步骤2:维持驱动器的q轴电压为0,坐标变换角θ为-30°;
将给定电流i*设定为
步骤3:将给定电流依次设定为
步骤4:打开制动器,使电机轴可自由旋转,用驱动器控制永磁同步电机,将电机转子轴旋转到-120°电角度的位置,然后锁定制动器,使电机轴固定。
步骤5:维持驱动器的d轴电压为0,坐标变换角θ为-30°;
将给定电流i*设定为
步骤6:将给定电流依次设定为
步骤7:上位机通过通信接口读取驱动器中存储的各磁饱点的电流设定值和电感辨识值,绘制出直轴和交轴的电感特性曲线。
进一步地,驱动器输出的电压控制方法如下:
需要用到park-1变换(公式1)和clarke-1变换(公式2),park-1变换用于将两相旋转坐标系中的物理量变换到两相静止坐标系,clarke-1变换用于将两相静止坐标系中的物理量变换到三相静止坐标系。
当采用uq=0,θ=-30°的控制策略时,通过公式(1)~(2)的变换,得到
c相桥臂维持封锁状态时,
进一步地,在步骤3~4、6~7步骤中,当反馈电流id到达设定的直流电流后,延时tdelay,确保电机磁场稳定后,向给定电流i*中注入幅值为ih,角频率为ωh的高频电流。注入高频电流时,给定电流i*的表达式为(4)和(5),其中(4)为辨识直轴电感ld时的给定电流,(5)为辨识交轴电感lq时的给定电流;
注入高频电流的角频率ωh=2πfh。
进一步地,傅里叶分析算法如下:
周期性序列{x(n),n=0,1,...,l-1}的傅里叶变换为:
x(1)为基频分量,在本方法中代表与高频注入信号频率相同的分量。
令k=1,得到x(1)表达式如下:
对采样的电压序列和电流序列,计算傅里叶变换的基频分量,得到:
u(1)=u1re+ju1im(8)
i(1)=i1re+ji1im(9)
计算电压矢量和电流矢量的夹角:
其中
电机的感抗为电路阻抗的虚部:
于是,在设定的磁饱和程度下的电感为:
根据此方法计算出每个磁饱和点的交轴电感和直轴电感。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、辨识永磁同步电机在不同磁饱和程度下的交轴电感和直轴电感;
2、克服逆变器中开关元件的导通压降和死区效应对输出电压的影响,提高电流采样的信噪比,提高电感辨识精度;
3、根据电感辨识结果绘制直轴和交轴的电感特性曲线。
附图说明
图1为本发明系统结构图;
图2为本发明方法流程图;
图3为经过本发明方法得到d轴电感曲线图;
图4为经过本发明方法得到q轴电感曲线图。
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。
本发明方法基于如图1所示的系统,系统中各设备的作用如下:
驱动器101:控制永磁同步电机,将电机轴旋转到所需的位置;执行电感辨识算法,输出电感辨识算法需要的电压,使电机的定子电流跟随指令的变化,采样输出的电压和电流,进行傅里叶分析,计算不同磁饱和程度下的交轴电感和直轴电感;向上位机发送各磁饱和点的设定电流以及辨识到的交轴电感和直轴电感,供上位机分析以及绘制电感特性曲线。
永磁同步电机102:测定对象,可以是表贴式永磁同步电机,也可以是内嵌式永磁同步电机,执行本发明所提出的实验步骤后,可以得到此电机在不同磁饱和程度下的直轴电感ld和交轴电感lq,以及此电机的交轴和直轴的电感特性曲线。
制动,103:固定永磁同步电机的转子轴,确保在执行辨识算法的过程中,电机轴处于静止状态。
上位机104:读取驱动器中存储的各磁饱和电流设定点以及对应的电感辨识值,绘制出直轴以及交轴的电感特性曲线。
本发明所提供的方法,其执行步骤如图2所示。
s01:开始
s02:首先打开制动器,使电机轴可自由旋转,用驱动器控制永磁同步电机,将电机转子轴旋转到-30°电角度的位置,然后锁定制动器,使电机轴固定。
s03:维持驱动器的q轴电压为0,坐标变换角θ为-30°;
将给定电流i*设定为
s04:将给定电流依次设定为
s05:打开制动器,使电机轴可自由旋转,用驱动器控制永磁同步电机,将电机转子轴旋转到-120°电角度的位置,然后锁定制动器,使电机轴固定。
s06:维持驱动器的q轴电压为0,坐标变换角θ为-30°;
将给定电流i*设定为
s07:将给定电流依次设定为
s08:上位机通过通信接口读取驱动器中存储的各磁饱点的电流设定值和电感辨识值,绘制出直轴和交轴的电感特性曲线。
本发明中驱动器输出电压控制方法如下:
在控制逆变器的电压输出时,需要用到park-1变换(公式1)和clarke-1变换(公式2),park-1变换用于将两相旋转坐标系中的物理量变换到两相静止坐标系,clarke-1变换用于将两相静止坐标系中的物理量变换到三相静止坐标系。
当采用uq=0,θ=-30°的控制策略时,通过公式(1)~(2)的变换,得到
c相桥臂维持封锁状态时,
电流及电压控制方法如下:电压给定
不同磁饱和点的电感辨识时(步骤s203~s204、s206~s207)采用此控制策略。
由于交轴超前直轴90°电角度,因此辨识交轴电感时,将电机转子固定在-120°电角度的位置,输出电压控制策略与辨识直轴电感时相同。
高频信号注入及信号采样的方法如下:
在步骤3~4、6~7步骤中,当反馈电流id到达设定的直流电流后,延时tdelay,确保电机磁场稳定后,向给定电流i*中注入幅值为ih,角频率为ωh的高频电流。注入高频电流时,给定电流i*的表达式为(4)和(5),其中(4)为辨识直轴电感ld时的给定电流,(5)为辨识交轴电感lq时的给定电流。
注入高频电流的角频率ωh=2πfh。
在注入高频电流时,为了确保电机的线电流不过零,维持单一方向,以减小逆变器死区效应的影响,本方法中选取的高频电流幅值ih为电机额定电流的5%~15%,各直流给定
高频电流稳定后,先采集1个高频电流周期的电压
傅里叶变换法计算交轴电感和直轴电感的原理如下:
周期性序列{x(n),n=0,1,...,l-1}的傅里叶变换为:
x(1)为基频分量,在本方法中代表与高频注入信号频率相同的分量。
令k=1,得到x(1)表达式如下:
对采样的电压序列和电流序列,计算傅里叶变换的基频分量,得到:
u(1)=u1re+ju1im(8)
i(1)=i1re+ji1im(9)
计算电压矢量和电流矢量的夹角:
其中
电机的感抗为电路阻抗的虚部:
于是,在设定的磁饱和程度下的电感为:
根据此方法计算出每个磁饱和点的交轴电感和直轴电感。
电感特性曲线的绘制。
辨识过程结束后,上位机通过通信口读取驱动器中存储的各个电流设定点及对应的电感辨识值,然后将坐标
同理,将坐标
根据此方法绘制某永磁同步电机的直轴和交轴电感特性曲线分别如图3和图4所示。
尽管上述图文已经描述了本发明的优选实施例的说明,但本领域内的技术人员一旦得知了本创造性地概念,则可以对这些实施例做另外的变更和修改,所以,所附的权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更及修改。显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的思想和范围,这样,尚若对本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围之内,则本发明意图包含这些改动和变形在内。