一种三电平逆变器永磁同步电机飞车启动方法及装置与流程

本发明涉及电机控制的，尤其涉及一种三电平逆变器永磁同步电机飞车启动方法及装置。

背景技术：

1、永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，pmsm）是一种使用永磁体作为励磁源的同步电机。它具有高效率、高功率密度、高转矩密度和良好的动态性能等优点，因此在许多领域得到广泛应用。

2、永磁同步电机由定子和转子两部分组成。定子上绕有三相对称的绕组，通过交流电源供给定子绕组产生旋转磁场。转子上安装着永磁体，它的磁场与定子磁场相互作用，产生转矩使电机运转。

3、飞车启动是指将电机从静止状态加速到运行状态的一种启动方式。在传统的起动方法中，电机通常需要逐渐加速到额定转速，然后再与电网同步。而飞车启动则是通过控制逆变器输出电压和频率，使电机以较高的转速旋转，然后再与电网同步。

4、现有的永磁同步电机飞车启动大多采用0矢量电压法或者电机绕组短路法或者0电流磁链观测法；由于三电平电路结构拓扑复杂，三电平拓扑下的永磁同步电机飞车启动目前还没有成熟可靠的无传感器方法，一般都要增加电压采样传感器，通过采集电机的反电动势来计算启动前的电机转速与实时相位。

5、首先，0矢量电压法、电机绕组短路法或者0电流磁链观测法这几种方法都存在初始发波宽度以及相位不确定的问题，容易造成母线电压波动，甚至是过压，而且电机启动过程中电流以及扭矩冲击也大；三电平结构拓扑复杂，现有的增加电压采样硬件的方案一方面会增加成本，另一方面也会降低实际运行的故障率，经济性较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种三电平逆变器永磁同步电机飞车启动方法及装置，旨在解决现有技术中容易造成母线电压波动，导致实际运行故障率高的问题。

2、本发明是这样实现的，第一方面，本发明提供一种三电平逆变器永磁同步电机飞车启动方法，包括：

3、通过三相下桥试探发波方法对电机进行试探处理，以得到所述电机的反馈电流，并根据预设标准对所述反馈电流进行所述电机的反电动势瞬时值的判断处理，根据判断处理的结果来确定下一周期的开管动作；

4、根据判断处理确定的下一周期的开管动作进行下一周期的开关管的切换，将开关管切换后的电机相记录为开通相a，并对所述开通相a的反馈电流进行判断处理：

5、若在预设时间标准内未出现大于预设电流阈值的所述开通相a的反馈电流，则判断不需要飞车启动，直接切换至电流、速度双闭环阶段；

6、若在预设时间标准内出现大于预设电流阈值的所述开通相a的反馈电流，则根据所述开通相a的反馈电流的变化进行所述电机的转子旋转电角频率的判断：

7、若所述电机的转子旋转电角频率小于预设飞车启动最低频率，则判断不需要飞车启动，直接切换至所述电流、速度双闭环阶段；

8、若所述电机的转子旋转电角频率大于预设飞车启动最低频率，则判断需要飞车启动，先切换到0电流闭环阶段，再进入所述电流、速度双闭环阶段。

9、优选地，所述三电平逆变器具有u相、v相以及w相，所述u相具有上桥开关s1、s2和下桥开关s3、s4，所述v相具有上桥开关s5、s6和下桥开关s7、s8，所述w相具有上桥开关s9、s10和下桥开关s11、s12；

10、所述通过三相下桥试探发波方法对电机进行试探处理，以得到所述电机的反馈电流，并根据预设标准对所述反馈电流进行所述电机的反电动势瞬时值的判断处理，根据判断处理的结果来确定下一周期的开管动作的步骤包括：

11、以固定的频率对所述u相的下桥开关s3、s4发送试探开关驱动信号，并获取对应的所述u相的输出回路电流、所述v相的输出回流以及所述w相的输出回流电流；其中，所述试探开关驱动信号的频率为电机运行最大频率的20-200倍；

12、根据预设标准对所述、所述以及所述进行判断处理，以得到所述三电平逆变器在下一周期的开管动作；

13、所述预设标准具体包括：当所述、、均小于预设电流阈值时，判定此时电机的所述u相的反电动势瞬时值最小，下一周期继续开通所述u相的下桥开关s3、s4；当时，且时，判定此时电机的所述v相的反电动势瞬时值最小，下一周期切换到开通所述v相的下桥开关s7、s8；当时，且时，判定此时电机的所述w相的反电动势瞬时值最小，下一周期切换到开通所述w相的下桥开关s11、s12。

14、优选地，所述预设时间标准为预设飞车启动最低频率对应的电周期时间的两倍时间。

15、优选地，若在预设时间标准内出现大于预设电流阈值的所述开通相a的反馈电流，则根据所述开通相a的反馈电流的变化进行所述电机的转子旋转电角频率的判断的步骤包括：

16、将出现大于预设电流阈值的所述开通相a的反馈电流的时间记录为，并记录时刻的u相的输出回路电流、所述v相的输出回流以及所述w相的输出回流电流；

17、根据预设标准对所述、所述以及所述进行判断处理，以得到下一周期的开管动作；

18、所述预设标准具体包括：若当前开通相为u相，且时，则下次开通相为v相；若当前开通相为u相，且时，则下次开通相为w相；若当前开通相为v相，且时，则下次开通相为u相；若当前开通相为v相，且时，则下次开通相为w相；若当前开通相为w相，且时，则下次开通相为u相；若当前开通相为w相，且时，则下次开通相为v相；

19、根据判断处理得到的所述三电平逆变器在下一周期的开管动作在下一周期向开通相的两个下桥开关施加开通驱动信号，以进行对应的开关管的切换；

20、重复循环根据预设标准对所述、所述以及所述进行判断处理，以得到下一周期的开管动作，并根据判断处理得到的所述三电平逆变器在下一周期的开管动作在下一周期向开通相的两个下桥开关施加开通驱动信号，以进行对应的开关管的切换，直至出现所述开通相a，记录此时的时间为；其中，所述循环次数为三次，电机旋转一个电周期；

21、根据所述和所述，计算电机此时的转子旋转电角频率，并根据预设标准计算得到所述最小反电动势切换电的电机转子的相位；其中，；

22、所述预设标准具体包括：若当前开通相为u相，且下次开通相为v相时，则所述相位为330°；若当前开通相为u相，且下次开通相为w相时，所述相位为330°；若当前开通相为v相，且下次开通相为u相时，则所述相位为210°；若当前开通相为v相，且下次开通相为w相时，则所述相位为90°；若当前开通相为w相，且下次开通相为u相时，则所述相位为210°；若当前开通相为w相，且下次开通相为v相时，则所述相位为90°。

23、优选地，所述0电流闭环阶段的步骤包括：

24、根据所述转子旋转电角频率和电机转子的相位赋值至电机的转子位置观测器，以令所述电机的转子位置观测器初始化，并根据所述转子旋转电角频率和所述电机转子的相位，对所述三电平逆变器的输出电压的幅值和相位进行初始化处理；其中，所述三电平逆变器初始化的输出电压的幅值为此时电机的转子旋转电角频率对应的电机反电动势值，所述三电平逆变器初始化的输出电压的相位为；

25、将所述电机的速度环控制器初始化输出为0，强制给定所述电机控制的d轴和q轴的电流指令都为0，使所述三电平逆变器正常发波输出，并同时驱动电机的转子位置观测器，持续4-100ms，使得转子位置观测器模型在0电流下收敛至电机的真实转速以及真实相位，并获取此时电机的转子位置观测器观测得到的电机实时转子电角频率。

26、优选地，所述电流、速度双闭环阶段的步骤包括：

27、将所述转子电角频率赋值给所述电机的速度环控制器，并同时将所述速度环控制器的输出电压输出作为所述q轴的电流给定指令，完成电流、速度双闭环控制；

28、以为基础，按照设定的加减速时间发送频率指令。

29、优选地，当从三相下桥试探发波阶段直接切换到切入电流、速度双闭环阶段时，所述转子电角频率为0。

30、第二方面，本发明提供一种三电平逆变器永磁同步电机飞车启动装置，包括：

31、试探法波模块，用于通过三相下桥试探发波方法对电机进行试探处理，以得到所述电机的反馈电流，并根据预设标准对所述反馈电流进行所述电机的反电动势瞬时值的判断处理，根据判断处理的结果来确定下一周期的开管动作；

32、判断处理模块，用于根据判断处理确定的下一周期的开管动作进行下一周期的开关管的切换，将开关管切换后的电机相记录为开通相a，并对所述开通相a的反馈电流进行判断处理：

33、若在预设时间标准内未出现大于预设电流阈值的所述开通相a的反馈电流，则判断不需要飞车启动，直接切换至电流、速度双闭环阶段；

34、若在预设时间标准内出现大于预设电流阈值的所述开通相a的反馈电流，则根据所述开通相a的反馈电流的变化进行所述电机的转子旋转电角频率的判断：

35、若所述电机的转子旋转电角频率小于预设飞车启动最低频率，则判断不需要飞车启动，直接切换至所述电流、速度双闭环阶段；

36、若所述电机的转子旋转电角频率大于预设飞车启动最低频率，则判断需要飞车启动，先切换到0电流闭环阶段，再进入所述电流、速度双闭环阶段。

37、本发明提供了一种三电平逆变器永磁同步电机飞车启动方法，具有以下有益效果：

38、本发明首先检测变频器停机状态，若否则重复检测，若是则进行转速跟踪，并检测电机是否处于停机状态，若否则飞车启动，若是则正常启动，本发明不使用电机电压采集装置，节省了成本的同时还增加了系统的可靠性；飞车启动始终只开其中一相下桥的两个开关管，不会造成母线充电电压以及大电流冲击，尤其对于三电平（npc）拓扑结构，保护了逆变器不受飞车启动过程中的过压应力冲击，解决了现有技术中容易造成母线电压波动，导致实际运行故障率高的问题。