一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法

文档序号:9753963阅读:2038来源:国知局
一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法,属于永磁同步电机控制 的技术领域。
【背景技术】
[0002] 表贴式永磁同步发电机转子采用永磁材料励磁,由于其体积小、功率密度高、动态 适应性强、控制简便等特点,已经广泛应用于生产生活的各个领域。但是在永磁同步发电机 接PWM整流器的稳压系统中采用传统的id = 0的矢量控制时,随着转速的升高,其输出电压 会无法稳定,限制了发电机的转速范围,不适合用于实际的工程应用。在永磁同步发电机稳 压控制领域,传统弱磁控制方法中双电流调节器相互耦合会带来动态响应变差的问题,电 流调节器易于饱和而影响电机性能,甚至造成不稳定,这是双电流调节器弱磁控制的固有 缺点。随着永磁同步电动机弱磁控制技术的发展,出现单电流调节器控制的弱磁方法,可以 避免双电流调节器相互耦合带来的动态响应变差的问题。传统的单电流调节器控制法固定 交轴电压指令,仅控制直轴电流,电机不能充分利用直流电压,效率和带载能力低,转速范 围窄。也有通过查表法给定交轴电压指令,但是可移植性差。

【发明内容】

[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足,为了能够在宽转速得到 稳定的输出电压及使表贴式永磁同步发电机输出电压不因为转速升高而不稳定,提供了一 种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法,通过输出直流电压外环PI调节器得到实时转速下 所需要的交轴电流给定值,进而再由交轴电压给定值确定直轴电压给定值,在保证电流运 行在电压极限圆上的同时保证电流工作点工作在所需转矩曲线上,解决了传统单电流调节 器控制法控制效率低下的技术问题。
[0004] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案:
[0005] -种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法,
[0006] 将PWM整流器桥臂中点与表贴式永磁同步发电机的三相定子绕组相连并采集PWM 整流器直流侧的输出直流电压Udc,对输出直流电压进行电压环调节和电流环调节得到交轴 电压给定值<,依据电流轨迹沿着电压极限圆和恒转矩曲线交点运行的目标确定直轴电 压给定值为:
对交轴电压给定值和 直轴电压给定值依次进行帕克变换以及空间矢量调制得到ΠΜ整流器的驱动信号,表贴式 永磁同步发电机在原动机带动下工作并向PWM整流器输出交流电,
[0007] 其中,usmax为表贴式永磁同步电机和PWM整流器所能承受的最大电压,(64为输出 直流电压给定值,i q为交轴电流实际值,KVP、KV^别为电压环比例系数和积分系数,Kip、Kn 分别为电流环比例系数和积分系数,s为积分算子。
[0008] 进一步的,所述一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法中,对输出直流电压进 行电压环调节和电流环调节得到交轴电压给定值<的方法为:
[0009] 对输出直流电压给定值和输出直流电压之差进行PI调节得到交轴电流给定值< 为
[0010] 对交轴电流给定值ζ和交轴电流实际值之差进行PI调节得到交轴电压给定值< 为
[0011] 再进一步的,所述一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法中,交轴电流实际值 转通过依据转子位置信号对表贴式永磁同步发电机的三相静止坐标系下的相电流进行克 拉克变换得到。
[0012] -种宽转速范围内表贴式永磁同步电机的弱磁稳压控制方法,
[0013] 在表贴式永磁同步发电机转速低于基速时,采用id = 0的矢量控制方法以最小的 电流控制电机产生最大的电磁转矩;
[0014] 在表贴式永磁同步电机转速高于基速时,采用所述弱磁控制方法控制电机沿着电 压极限圆和恒转矩曲线的交点运行直至达到稳态。
[0015] 进一步的,所述宽转速范围内表贴式永磁同步电机的弱磁稳压控制方法,在电机 运行在稳态后的持续减速过程中,当交轴电压和直轴电压满足电压极限圆限制条件时,由 所述弱磁控制方法切换至id = 0的矢量控制方法。
[0016] 本发明采用上述技术方案,具有以下有益效果:
[0017 ] (1)本发明涉及的弱磁控制方法采用一个电流调节器在电机转速高于基速时给定 直轴电压,实现了电机沿着电压极限圆和恒转矩曲线交点运行,该方法使电流轨迹在满足 转矩曲线的同时又能满足电压和电流的限制,输出直流电压在短暂波动后能迅速恢复稳 定,具有很好的动态响应;
[0018] (2)结合转速低于基速时id = 0的矢量控制方法和本发明涉及的弱磁控制方法,能 够实现表贴式永磁同步电机在宽转速范围的稳定运行,即采用单电流调节器法即可实现宽 转速稳压的目的又能提升控制效率,同时整个控制方法不依赖电机参数,参数的鲁棒性好。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的电路拓扑结构;
[0020] 图2为表贴式永磁同步发电机稳压系统的id = 0矢量控制框图;
[0021] 图3为发电机的电压极限圆和电流极限圆;
[0022] 图4为本发明提出的表贴式永磁同步发电机稳压系统的弱磁控制框图;
[0023] 图5为采用本专利提出的弱磁方法下的发电机的电流轨迹图;
[0024] 图6为采用本专利提出的弱磁方法下的输出电压和转速仿真波形;
[0025] 图7为采用本专利提出的弱磁方法下的id-iq电流轨迹;
[0026] 图8为采用本专利提出的弱磁方法下的突加突卸负载时的输出电压波形。
[0027]图中标号说明:QiSQ6为开关管,C为滤波电容,Rl为电阻负载,1为输出直流电压外 环,2为电流环,3为帕克变换模块,4为空间矢量调制模块,5为克拉克变换模块,6为电机转 子位置反馈模块,7为PWM整流器。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
[0029] 本发明采用图1所示电路拓扑实现表贴式永磁同步发电机的弱磁控制,表贴式永 磁同步发电机由原动机拖动,PWM整流器的桥臂中点(开关管&和开关管Q 4组成桥臂的中点 U、开关管Q2和开关管Q5组成桥臂的中点V、开关管Q3和开关管Q6组成桥臂的中点W)分别接永 磁同步发电机的三相定子绕组,PWM整流器直流侧接滤波电容C和电阻负载Rl。
[0030] 在发电机转速高于基速时,只采用一个交轴电流调节器并通过计算直接给定直轴 电压,即可实现本发明涉及的一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法。
[0031] 若忽略发电机定子内阻压降,采用发电机惯例,可以得到如下电压方程:
[0032] Uq= ω e · (itaf-Ldid) (1)
[0033] ud = ωe · Lq · iq (2)
[0034] 式(1)和式(2)中:为发电机电角速度;i])af为转子磁链;Ld、Lq分别为d、q轴电感; i d、i q分别为d、q轴电流;Ud、Uq分别为d、q轴电压。
[0035] 假设发电机和PWM整流器所能承受的最大电压为usmax,发电机和PWM整流器所能承 受的最大电流为ismax,若输出直流电压为Ud。,令
为PWM整流器最大线性输入电 压幅值。
[0036] 可以得到电压和电流限制方程如下:
[0037] (3)
[0038] (4)
[0039] 将式(1)和式(2)代入式(3)可以演变成式(5):
[0040] (itaf-Ld · id)2+(Lq · iq)2< (Usmax/ω0)2 (5)
[0041] 状态1、发电机转速低于基速状态:
[0042] 对于表贴式永磁同步发电机,转速低于基速时,采用id = 0的矢量控制,控制框图 如图2所示,该控制方法可以最小的电流产生最大的转矩,最大限度地提升了控制效率。 [0043]由式(4)和式(5)可以得到如图3所示的电压极限圆和电流极限圆,其中,T el和Te2 为发电机恒转矩曲线,对于表贴式永磁同步电机而言,电机转矩是和iq成正比且平行于d轴 的直线;MTPA曲线为最大转矩电流比曲线,对于表贴式永磁同步电机而言就是直线id = 0; MTPV曲线为最大转矩电压比曲线,对于表贴式永磁同步电机而言就是直线id = ^f/Ld。由图 3可以看出:电机的最大去
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