[发明专利]确定电机磁通量矢量位置的方法有效

专利信息
申请号: 201010170336.4 申请日: 2010-04-21
公开(公告)号: CN101873096A 公开(公告)日: 2010-10-27
发明(设计)人: 杜罗·巴西克;弗朗索瓦·马尔弗雷特;皮埃尔·鲁乔恩 申请(专利权)人: 施耐德东芝换流器欧洲公司
主分类号: H02P6/18 分类号: H02P6/18;H02P21/14
代理公司: 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人: 王冉
地址: 法国厄尔*** 国省代码: 法国;FR
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摘要:
搜索关键词: 确定 电机 磁通量 矢量 位置 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及确定电机磁通量矢量位置的方法,该电机由变速器驱动并且设计成驱动负载。所述方法不需要借助速度和位置传感器来实现(无传感器),并且利用低频电流注入根据检测磁通量矢量估计位置的误差来实现。

背景技术

为了实现对以变速器驱动的交流电机的扭矩的有效控制,用来控制变速器的系统要求与电机(通常是转子)磁通量矢量位置有关的信息。转子磁通量矢量位置可以借助转子位置或速度传感器诸如编码器在闭环中满意地估计。虽然如此,这种传感器也相对较贵,并且机械和电气方面比较敏感,这特别可能导致最终的问题。

在不存在速度传感器或位置传感器的情况下,就是说在开环中,磁通量矢量位置根据对电机和电机定子电压进行建模来估算。定子电压主频率作为应用到电机的速度基准的表征,该定子电压主频率对于磁通量感生的内电动势(emf)足够高以便可靠检测的时候,这种方案是有效的。当定子电压主频率高于定子标称频率大约5-10%时,就是说在应用到电机的速度高于标称速度大约5-10%时,一般是这种情况。

但是,已经知道在低速下,根据主频率信号而不使用位置传感器所进行的控制技术效果非常差,因为感应电动势变得很弱并且在零频率下可能完全消失。根本问题在于,当取决于速度的感应电动势降低时,根据定子电压对其进行评价将变得不准确,原因在于电机模型参数(诸如定子电阻)存在误差。结果是,在低速重载情况下评价磁通量位置时,存在显著的角度差异,这将导致电机控制性能变差。

在其他情况下,诸如驱动永磁体同步电机(PMSM)时,即使采用位置传感器,也必须在电机启动前确定转子磁通量矢量的绝对位置。因此,还需要一种方法,该方法能检测零速度时的转子磁通量位置。

为了在低速下可靠地检测转子磁通量矢量的位置而不使用传感器,可以采用以注入辅助信号为基础的各种方法。通常,使用以不同于主频率的频率注入定子绕组的电压或电流,以便通过观察并分析定子的电流和电压响应来确定转子磁通量矢量的位置信息。一种方法称为低频谐波电流注入法。该方法的目的是使扭矩和转子速度产生小规模振荡,该振荡可以感生出可检测的电压振荡。文中所用术语“低频”指的是注入频率(或谐波频率)处于机械驱动系统的机械带宽内。例如,对于标称频率等于大约50Hz-60Hz的电机来说,典型注入频率将处于25Hz-50Hz的级别。

低频电流注入法已经用来控制感应电机,特别参见V.-M.Leppanen,J.Luomi,‘Speed-Sensorless Induction Machine Control for Zero Speed andFrequcncy’,IEEE Transactions on Industrial Electronics,VoL 51,No.5,Oct2004,pp.1041-1047。这种方法还用来控制PMSM,特别参见:S.Wu,Y.Li,X.Miao,‘Comparison of Signal Injection Methods for Sensorless control ofPMSM at Very Low Speeds’,IEEE Power Electronics Specialists Conference,PESC 2007,June 2007 pp.568-573。

所述方法能跟随受控电流注入来确定由转子磁通量感生出的定子电压分量,从而接着检测转子磁通量矢量的位置。为此,一种方案是采用通常PI(比例积分)调节器,该调节器与主电机电流参照系同步(SRF——同步参照系),也称为参照系(d、q),并且具有足够的带宽(就是说还能调节注入电流),然后使用定子电压方程来确定感生内电动势。

但是,这种方法需要知道电机的若干参数(诸如磁极数目、电机惯量)而且需要额外的解耦处理,以便确定转子磁通量矢量位置误差信号。这使得总体算法变得复杂并且依赖于这些参数。此外,注入电流控制并不精确,并且在控制这些注入电流时可能出现稳态误差。

发明内容

本发明的目标是通过提出一种确定转子磁通量矢量位置的方法来解决上述难题,该方法简单、精确而且可靠,特别是在电机以较低速度旋转甚至处于零速度下。所述方法不采用位置传感器,并且适用于同步电机和感应电机(诸如异步电机)。特别是,允许控制系统与同步电机的初始位置对准并且不需要电机具有特别设计,诸如例如同步电机中存在凸极(saliency)。

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