[发明专利]一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统有效

专利信息
申请号: 202010533491.1 申请日: 2020-06-11
公开(公告)号: CN111697899B 公开(公告)日: 2021-12-03
发明(设计)人: 陈俊桦;曲荣海 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: H02P23/03 分类号: H02P23/03;H02P23/14;H01F13/00;H02P27/08
代理公司: 华中科技大学专利中心 42201 代理人: 祝丹晴;李智
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 变磁通 永磁 电机 充磁 状态 闭环控制 方法 系统
【说明书】:

本发明公开了一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统,属于变磁通永磁电机驱动控制领域。首先,检测d轴电流反馈值并利用电流磁链曲线获取d轴电枢磁链,并结合前一控制周期的d轴电枢磁链计算d轴电枢磁链的变化以获取感应电压Udi;再基于感应电压与充磁状态间的关系曲线,利用所述感应电压Udi获得充磁状态估计值Φest;然后,将充磁状态指令Φcmd与所述充磁状态估计值Φest进行误差比较后,经逻辑判断生成d轴电流指令差值,进而更新d轴电流指令Id*,用于进行电流闭环控制。本发明基于d轴电流在充退磁过程中产生的感应电压变化进行充磁状态估计,并引入电压解耦合器,使得变磁通永磁电机静止和旋转状态下均能达到电机充磁状态的精确控制。

技术领域

本发明属于变磁通永磁电机驱动控制领域,更具体地,涉及一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统。

背景技术

变磁通永磁电机是用于提升传统永磁电机在调速驱动应用领域的综合效率。传统永磁电机采用高矫顽力永磁体,电机充磁状态在永磁体充磁完成后即不可改变。传统永磁电机运行在高速区间时,面临电机端电压超过直流母线电压情况,因此需要在电机旋转坐标系d轴上持续注入弱磁电流,以抵消随转速增大的反电势电压,即弱磁控制。

传统永磁电机的弱磁控制中,由于持续的弱磁电流存在,弱磁电流引入额外的铜耗,降低高速运行效率。弱磁电流增大电流与电压相位差,从而降低电机功率因数。在宽调速范围应用中,如最高转速与额定转速比大于4:1,弱磁控制将更为显著降低电机的效率。

变磁通永磁电机的特点在于,电机采用了低矫顽力永磁体,或者采用低矫顽力永磁体与高矫顽力永磁体混合配置。低矫顽力永磁体在电机中充当可变磁体,由于这类永磁体的矫顽力较低,通过适当加载电机电枢磁场即可完成充退磁操作。通过对变磁通永磁电机的充退磁操作,达到改变气隙磁场强度的目的,进而改变电机的空载永磁磁链,即变磁通永磁电机的充磁程度。

变磁通永磁电机的运行特性在于,在低速区间对电机进行充磁操作,使电机运行在高充磁状态,提高电机电压;在高速区间对电机进行退磁操作,使电机运行在低充磁状态,降低电机电压,消除持续的弱磁电流,减少损耗并以此提升电机效率。通过对变磁通永磁电机的充磁状态控制,实现宽速度范围内的高效率运行。

变磁通永磁电机的充磁状态控制通过d轴脉冲电流实现,可通过充磁状态闭环控制来提升充磁状态控制精度。充磁状态闭环控制体现在,在充退磁过程中,通过检测、估计和观测等方法,实时辨别当前电机所处的充磁状态,并与充退磁状态指令给定进行比较,生成适宜的d轴充退磁电流指令值。

充磁状态闭环控制的关键在于,控制器需要准确获取当前的充磁状态。文献1中采用dq轴指令电压Ud*和Uq*、dq轴电流Id和Iq、电机电磁同步转速w1来计算当前充磁状态。该方法是基于电机稳态数学模型而推出。这种方法的局限性在于,计算过程中涉及了速度的倒数,因此该方法在零速下的充退磁控制失效。

文献2中采用基于观测器的原理进行充磁程度的观测。观测器方法存在收敛速度的问题,当充退磁速度接近观测器收敛速度时,由观测器获得的充磁状态将无法有效跟踪实际电机的充磁状态,造成观测以及充磁状态控制的误差。

此外,文献1和文献2中采用的观测方法是基于电机反电势而开发,因此当电机运行于低转速区间,受限于较低的反电势和电力电子逆变器死区效应的影响,充磁状态观测精度显著降低。

文献1:中国发明专利201410075969

文献2:论文DOI:10.1109/TIA.2018.2810804

发明内容

针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统,旨在使得变磁通永磁电机静止和旋转状态下均能达到电机充磁状态的精确控制。

为实现上述目的,本发明一方面提供了一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法,包括以下步骤:

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