一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，具体按照以下步骤实施：从电机主电路采集电流、电压信号，送入控制器进行处理后，然后依次计算定子磁链的幅值、位置角、电磁转矩、攻角增量，然后根据转速判断电机运行区间，根据不同运行区间的定子磁链参考值计算定子α轴电压和β轴电压，最后驱动主功率变换器即励磁功率变换器。本发明专利技术混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法减小了电机铜耗、铁耗、杂散损耗与机械损耗，提高了电机带载能力和转矩快速响应能力，拓宽了电机调速范围，提高了能源使用效率，达到节约电能效果。

【技术实现步骤摘要】
一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法
本专利技术属于电气传动
，具体涉及一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法。
技术介绍
混合励磁同步电机是在永磁同步电机与电励磁同步电机基础上发展起来的一种宽调速电机，主要目的是为了解决永磁同步电机气隙磁场难以调节的问题。混合励磁同步电机有两种励磁源，一种是永磁体，另一种是电励磁，永磁体产生的磁势为主磁势，电励磁绕组产生的磁势为辅磁势。混合励磁同步电机结合了永磁同步电机与电励磁同步电机的优点，两种励磁源在电机气隙中相互作用产生主磁通，当电励磁绕组通入正向励磁电流时，增大电磁转矩，提高电机带载能力；当电励磁绕组通入反向励磁电流时，削弱气隙磁场达到弱磁升速的目的，拓宽了电机调速范围。目前，国内外对于混合励磁同步电机控制方法及驱动系统研究较少，能够查阅到的资料和文献基本以矢量控制方法为主。基于矢量控制方法，将混合励磁同步电机控制策略分为五类，一是id＝0控制；二是铜耗最小控制；三是单位功率因数控制；四是最大输出功率控制；五是效率最优控制。能够查阅到的混合励磁同步电机直接转矩控制方法仅有id＝0的控制策略和无位置传感器技术。矢量控制方法的优点是连续控制，比较平滑，缺点是转矩动态响应不够快，控制系统响应慢。仅有的关于id＝0控制策略的直接转矩控制方法保持d轴电流等于0，没有充分发挥凸极电机的转矩输出能力，损耗较大，效率不够高，调速范围不够宽，没有体现出混合励磁同步电机的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，解决了现有技术中存在的混合励磁同步电机直接转矩控制系统效率不够高、恒功率运行范围不够宽的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：从电机主电路采集相电流ia、ib和励磁电流if、母线电压Udc和励磁电压Uf，将采集到的信号经电压跟随、滤波、偏置及过压保护等信号调理后送入控制器进行处理，对电机进行准确初始位置检测，得出转速n和转子初始位置角θr；步骤2：将步骤1得到的相电流ia、ib，经过3s/2s变换得到两相静止坐标系下α轴电流iα和β轴电流iβ，再经过2s/2r变换得到两相旋转坐标系下的d轴电流id和q轴电流iq；利用步骤1得到的θr、if与iα、iβ计算定子磁链ψs的幅值、磁链位置角θs和电磁转矩Te；步骤3：利用编码器实测转速n、给定转速nref与步骤2得到的电磁转矩Te，求功角增量Δδ；步骤4：将步骤1得到的励磁电流if和母线电压Udc、步骤2得到的d轴电流id和q轴电流iq、步骤3得到的转速n与电磁转矩参考值Teref送入参考电流计算模块，根据转速判断电机运行区间：当实际转速小于额定转速时，则混合励磁同步电机运行于低速区，进入步骤5，否则，混合励磁同步电机运行于高速区，进入步骤6；步骤5：混合励磁同步电机运行于低速区，基于损耗最小直接转矩控制策略，计算得到d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref、励磁电流参考值ifref和计算定子磁链参考值ψsref；步骤6：混合励磁同步电机运行于高速区，基于损耗最小直接转矩控制策略，计算得到d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref、励磁电流参考值ifref和计算定子磁链参考值ψsref；步骤7：利用步骤2得到的ψs、θs、iα、iβ，步骤3得到的Δδ，步骤5或6得到的ψsref计算定子α轴电压uα、β轴电压uβ；步骤8：将步骤7得到的定子α轴电压uα、β轴电压uβ和步骤1得到的母线电压Udc送入空间矢量脉冲宽度调制模块后输出6路脉冲宽度调制信号，驱动主功率变换器；同时将步骤1中采集的励磁电流if，经信号调理与A/D转换后，与步骤5或步骤6得到的励磁电流参考值ifref一起送入直流励磁脉宽调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号来驱动励磁功率变换器。本专利技术的特点还在于：步骤2具体为：将采集的相电流ia、ib经信号调理和A/D转换，经过三相静止坐标系到两相静止坐标系的3/2变换得到两相静止坐标系下的α轴电流iα和β轴电流iβ，再经过两相静止坐标系到两相旋转坐标系的2s/2r变换得到两相旋转坐标系下的d轴电流id和q轴电流iq；利用步骤1得到的θr、if与iα、iβ计算定子磁链ψs的幅值、磁链位置角θs和电磁转矩Te：在两相静止αβ参考坐标系中，混合励磁同步电机的磁链方程为：式中，ψm为永磁磁链；Mf为电枢绕组与励磁绕组间的互感；Lα、Lβ分别为定子电感在α轴和β轴的分量；ψα、ψβ分别为定子磁链ψs在α轴和β轴的分量；定子磁链ψs的幅值和磁链位置角θs分别为：在两相静止αβ参考坐标系中，混合励磁同步电机的电磁转矩方程为：式中，Te为电磁转矩，p为电机极对数。步骤3具体为：将编码器实测转速n与给定转速nref比较后得到转速偏差Δn，转速偏差Δn进入速度调节器后得到电磁转矩参考值Teref，将电磁转矩参考值Teref与步骤2得到的电磁转矩Te比较后，得到电磁转矩偏差ΔTe，送入转矩调节器后得到功角增量Δδ。步骤5具体为：基于损耗最小直接转矩控制策略，得如下电流分配方案：式中，系数k2、k3、k4、k5、k6分别为：其中，idref为d轴电流参考值；iqref为q轴电流参考值；ifref为励磁电流参考值；Ld、Lq分别为d轴与q轴电感；ωe为电角速度；Rs为电枢绕组电阻；Rf为励磁绕组电阻；Teref为电磁转矩参考值；ψm为永磁磁链；Mf为电枢绕组与励磁绕组间的互感；cstr为杂散损耗系数；混合励磁同步电机定子磁链参考值ψsref为：步骤6具体为：基于损耗最小直接转矩控制方法，得如下电流分配方案：式中，系数k2、k3、k4、k5、k6分别为：其中，idref为d轴电流参考值；iqref为q轴电流参考值；ifref为励磁电流参考值；Ld、Lq分别为d轴与q轴电感；ωe为电角速度；Rs为电枢绕组电阻；Rf为励磁绕组电阻；Teref为电磁转矩参考值；ψm为永磁磁链；Mf为电枢绕组与励磁绕组间的互感；cstr为杂散损耗系数；nN为额定转速；n实际转速；混合励磁同步电机定子磁链参考值ψsref为：步骤7具体为：混合励磁同步电机定子α轴、β轴电压uα和uβ表示为：式中，ΔT为采样时间。步骤8中的脉冲宽度调制模块为消除指定次数谐波的脉冲宽度调制模块。本专利技术的有益效果是：现有混合励磁同步电机矢量控制方法虽然简单方便，但转矩响应较慢，控制系统响应较慢。而仅有的混合励磁同步电机直接转矩方法采用了保持id＝0的策略，没有充分发挥凸极电机的转矩输出能力，损耗较大，效率不够高，调速范围不够宽。本专利技术通过步骤2)至步骤7)的混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，使得混合励磁同步电机在整个运行区域都具有较高的效率和转矩动态响应。所以本专利技术相对现有控制方法具有以下优点：(1)该方法采用了直接转矩控制，使转矩动态响应更为快速；(2)相对于保持id＝0的直接转矩控制方法，本专利技术采用了损耗最小直接转矩控制方法，充分发挥了凸极率较大的混合励磁同步电机的转矩输出能力，提高了电机的带载能力；减小了电机的损耗，极大地提高了控制系统的效率，拓宽了电机的恒功率运行范围；(3)相对于矢量控制方法，该专利技术提出的控制方法使得混合励磁同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：从电机主电路采集相电流i

【技术特征摘要】
1.一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：从电机主电路采集相电流ia、ib和励磁电流if、母线电压Udc和励磁电压Uf，将采集到的信号经电压跟随、滤波、偏置及过压保护等信号调理后送入控制器进行处理，对电机进行准确初始位置检测，得出转速n和转子初始位置角θr；步骤2：将步骤1得到的相电流ia、ib，经过3s/2s变换得到两相静止坐标系下α轴电流iα和β轴电流iβ，再经过2s/2r变换得到两相旋转坐标系下的d轴电流id和q轴电流iq；利用步骤1得到的θr、if与iα、iβ计算定子磁链ψs的幅值、磁链位置角θs和电磁转矩Te；步骤3：利用编码器实测转速n、给定转速nref与步骤2得到的电磁转矩Te，求功角增量Δδ；步骤4：将步骤1得到的励磁电流if和母线电压Udc、步骤2得到的d轴电流id和q轴电流iq、步骤3得到的转速n与电磁转矩参考值Teref送入参考电流计算模块，根据转速判断电机运行区间：当实际转速小于额定转速时，则混合励磁同步电机运行于低速区，进入步骤5，否则，混合励磁同步电机运行于高速区，进入步骤6；步骤5：混合励磁同步电机运行于低速区，基于损耗最小直接转矩控制策略，计算得到d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref、励磁电流参考值ifref和计算定子磁链参考值ψsref；步骤6：混合励磁同步电机运行于高速区，基于损耗最小直接转矩控制策略，计算得到d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref、励磁电流参考值ifref和计算定子磁链参考值ψsref；步骤7：利用步骤2得到的ψs、θs、iα、iβ，步骤3得到的Δδ，步骤5或6得到的ψsref计算定子α轴电压uα、β轴电压uβ；步骤8：将步骤7得到的定子α轴电压uα、β轴电压uβ和步骤1得到的母线电压Udc送入空间矢量脉冲宽度调制模块后输出6路脉冲宽度调制信号，驱动主功率变换器；同时将步骤1中采集的励磁电流if，经信号调理与A/D转换后，与步骤5或步骤6得到的励磁电流参考值ifref一起送入直流励磁脉宽调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号来驱动励磁功率变换器。2.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：将采集的相电流ia、ib经信号调理和A/D转换，经过三相静止坐标系到两相静止坐标系的3/2变换得到两相静止坐标系下的α轴电流iα和β轴电流iβ，再经过两相静止坐标系到两相旋转坐标系的2s/2r变换得到两相旋转坐标系下的d轴电流id和q轴电流iq；利用步骤1得到的θr、if与iα、iβ计算定子磁链ψs的幅值、磁链位置角θs和电磁转矩Te：在两相静止αβ参考坐标系中，混合励磁同步电机的磁链方程为：式中，ψm为永磁磁链；Mf为电枢绕组与励磁绕组间的互感；Lα、Lβ分别为定子电感在α轴和β轴的分量；ψα、ψβ分别为定子磁链ψs在α轴和β轴的分量；定子磁链ψs的幅值和磁链位置角θs分别为：在两相静止αβ参考坐标系中，混合励磁同步电机的电磁转矩方程为：式中，Te为电磁转矩，p为电机极对数。3.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：将编码器实测转速n与给定转速nref比较后得到转速偏差Δn，转速偏差Δn进入速度调节器后得到电磁转矩参考值Teref，将电磁转矩参考值Teref与步骤2得到的电磁转矩Te比较后，得到电磁转矩偏差ΔTe，送入转矩调节器后得到功角增量Δδ。4.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步电机损耗最小直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤5具体为：基于损耗最小直接转矩控制策略，得如下电流分配方案：式中，系数k2、k3、k4、k5、k6分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：赵纪龙，景梦蝶，孙向东，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61