一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法技术

本发明专利技术公开了一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法，包括：交流电源AC、电感L、不控整流桥BR、薄膜电容C、功率模块、永磁同步电机，以及软件计算单元：电机转速计算单元、CLARK变换单元、PARK变换单元、速度调节器单元、电流调节器、PARK逆变换单元、SVPWM计算单元，将速度调节器输出乘一个与直流母线电压成正比的变比例系数，作为q轴电流iq的给定值。本发明专利技术提出的起动方法在设置尽可能大的速度调节器比例增益系数、获得尽可能大的电机起动力矩的前提下，可以根据起动负载的大小自动调节实际的q轴电流给定值，有效抑制逆变器起动电流的过流问题。

Starting method of permanent magnet synchronous motor without electrolytic capacitor inverter

The invention discloses a method of starting a non electrolytic capacitor inverter for permanent magnet synchronous motor includes: AC power supply AC, inductance L, diode rectifier, capacitor C, BR power module, permanent magnet synchronous motor, calculation unit and software: motor speed calculation unit, CLARK unit, PARK unit, change the speed regulator unit, current regulator, PARK inversion unit, SVPWM computing unit, the speed regulation will be output by a DC voltage proportional to the variable proportion, as given q axis current value of iq. The invention provides a starting method as far as possible in the setting of the speed controller proportional gain coefficient, gain as much as possible premise motor starting torque, q axis current can be given according to the size of the starting load automatically adjust the actual value flow problems effectively restrain the starting current of inverter.

【技术实现步骤摘要】
一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法
本专利技术涉及电机控制
，特别是涉及一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法。
技术介绍
随着电机设计、电机制造水平及材料性能大幅提升，同时伴随着电力电子技术的高速发展，基于矢量控制技术的电机逆变器系统以其高功率密度、高可靠性及低成本等优点广泛应用于电动汽车、数控机床、机器人、变频空调等领域。传统逆变器前级为工频交流输入的不可控整流器，母线用大容值电解电容稳定母线电压，电解电容体积大、寿命有限，这极大限制了系统的小型化和使用寿命。另一方面，母线上大容值电解电容滤波导致电网侧产生严重的谐波污染，近年来在我国和欧洲等国家/地区，对于逆变器产生的电源高次谐波的限制标准越来越严格，例如我国的3C认证规定对每相电流小于16A的家用空调系统，各次电流谐波限值必须满足IEC6100-3-2的A类标准。为改善网侧电流质量，大电解电容的逆变器系统需要增加功率因数校正(PFC)电路，这又增加了系统的损耗和成本。为了解决上述问题，日本长冈科技大学KazuyaInazuma,HiroakiUtsugi,KiyoshiOhishi等人在《IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALELECTRONICS》(VOL.60,NO.10,OCTOBER2013,p4427～4437)杂志上提出了一种无电解电容逆变器拓扑结构及其控制方法(High-Power-FactorSingle-PhaseDiodeRectifierDrivenbyRepetitivelyControlledIPMMotor)，用容值只有几十微法的薄膜电容取代传统逆变器中的大容值电解电容，通过控制电机的瞬时功率与交流输入电压的形状匹配，不但可以实现电机的调速，而且可以减少输入电流的谐波，从而实现电机逆变器的高功率因素。但是这种无电解电容逆变器技术方案只是针对电机稳态运行工况的，并没有提及电机的起动控制方案。而速度调节器设计是永磁同步电机矢量控制起动策略的重要环节，起动技术中基于PI调节的速度调节器比例增益系数和积分增益系数是根据负载特性及硬件电路过流、过压阈值来进行设置的，PI速度调节器的输出直接决定q轴电流iq给定值的大小。PI速度调节器的比例增益系数取值越大，电机的起动力矩越大、动态特性越好，但逆变器的起动电流也越大，情况严重时可能导致逆变器过流损坏；而当PI速度调节器的比例增益系数取值偏小时，系统的动态响应特性和带负载能力将变差。对于无电解电容逆变器，由于采用的是容值较小的薄膜电容作为滤波电容，电机起动过程中直流母线电压跌落严重，导致电机起动力矩的下降，如何根据负载的情况选取最佳的速度调节器参数，使电机的起动力矩达到最大而又不出现硬件系统的过流、过压问题，是一个非常重要的研究课题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法，将速度调节器的输出乘变比例系数作为q轴电流给定值且这个变比例系数与直流母线电压瞬时值成正比。由于无电解电容逆变器在起动阶段母线电压随着电机转速的上升而迅速降落，母线电压降落的幅度间接反映了负载的大小，本专利技术可在设置尽可能大的速度调节器比例增益系数、获得尽可能大的电机起动力矩的前提下，根据起动负载的大小自动调节实际的q轴电流给定值，有效抑制逆变器起动电流的过流问题。本专利技术可以通过以下技术方案来实现：一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法，系统硬件包括：交流电源AC、电感L、不控整流桥BR、薄膜电容C、功率模块、永磁同步电机，以及软件计算单元包括：电机转速计算单元、CLARK变换单元、PARK变换单元、速度调节器单元、电流调节器、PARK逆变换单元、SVPWM计算单元，所述方法包括以下步骤：S11：电流采集传感器通过采样测量到电机定子相电流iu、iv,并通过计算获得第三相定子电流iw＝-iu-iv，测量所述薄膜电容端的直流母线电压Vc，计算电压平均值Vavg，计算比例系数k＝Vc/Vavg,比例系数k是一个变量，与直流母线电压Vc成正比；S12：位置传感器检测电机的转子位置角θ，对转子位置角θ微分得到电机的机械转速ωr＝dθ/dt；S13：将转子位置角θ提供给所述PARK变换单元及所述PARK逆变换单元进行计算，将电机定子相电流iu、iv、iw经过进行CLARK变换和PARK变换得到电机定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；S14：速度调节器采用PI调节控制,给定转速ωset作为速度调节器输入，上述步骤S12中计算得到的电机实际转速ωr作为速度调节器反馈，速度调节器的输出为定子电流is，设置d轴电流参考量设置q轴电流参考量为速度调节器输出与变比例系数k的乘积：S15：电流调节器采用PI调节控制，所述d、q轴电流参考量为电流调节器的输入量，上述步骤S13中计算得到的d、q轴电流分量id、iq作为电流调节器的反馈，电流调节器的输出作为d、q坐标系的电压分量Vd、Vq；S16：所述电压分量的Vd、Vq根据转子位置角θ，通过PARK逆变换计算出α、β直角坐标系的电压分量Vα、Vβ；S17：所述电压分量Vα、Vβ通过SVPWM计算单元计算出功率模块中六个IGBT功率管导通的占空比，产生相应的6路PWM信号；S18：所述功率模块按6路PWM信号提供的逻辑驱动永磁同步电机工作。所述方法将速度调节器的输出与直流母线电压值结合起来，按步骤S14的方法计算q轴电流给定值这种方法可以提高电机的起动能力，同时有效减小逆变器的起动电流。进一步的，逆变器中所述薄膜电容C的容值小于50微法。进一步的，永磁同步电机的d、q轴电压方程为：d、q轴磁链方程为：永磁同步电机的电磁转矩方程为：Tem＝pn(ψdiq-ψqid)(3)式(1)、(2)、(3)中：Vd、Vq、id、iq分别为d、q轴电压和电流；Rs为定子电阻；Ld、Lq分别为d、q轴电感；ψd、ψq分别为d、q轴磁链；ψf为永磁体磁链；ω为电角速度；pn为电机极对数；Tem为电磁转矩；永磁同步电机的运动方程为：式中：J为电机转子的转动惯量；ωr为机械角速度；B为粘滞阻尼系数；TL为负载转矩。进一步的，采用基于PI调节的速度控制器，按如下公式计算定子电流is：式中kp表示速度控制比例增益系数，ki表示速度控制积分增益系数，ωr为电机的实际速度，ωset为电机的给定速度,τ表示时间，t表示当前时间。进一步的，d、q轴电流给定值由速度调节器输出is乘一个比例系数k得出：式中uc为薄膜电容端的直流母线电压，uavg为母线电压平均值，k为一个在起动过程中变化的比例系数，与直流母线电压uc成正比。附图说明：图1为本专利技术电机起动阶段采用的矢量控制框图；图2为本专利技术的起动控制流程图；图3为方案1起动特性曲线(Kp＝0.006、TL＝1.0Nm)；图4为方案2起动特性曲线(Kp＝0.004、TL＝1.0Nm)；图5为方案3起动特性曲线(Kp＝0.004、TL＝1.5Nm)；图6为方案4起动特性曲线(Kp＝0.006、TL＝1.0Nm)；图7为方案5起动特性曲线(Kp＝0.006、TL＝2.0Nm)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法，系统硬件包括：交流电源AC、电感L、不控整流桥BR、薄膜电容C、功率模块、永磁同步电机，以及软件计算单元包括：电机转速计算单元、CLARK变换单元、PARK变换单元、速度调节器单元、电流调节器、PARK逆变换单元、SVPWM计算单元，其特征在于包括以下步骤：S11：电流采集传感器通过采样测量到电机定子相电流iu、iv，并通过计算获得第三相定子电流iw＝‑iu‑iv，测量所述薄膜电容端的直流母线电压Vc，计算电压平均值Vavg，计算比例系数k＝Vc/Vavg，比例系数k是一个变量，与直流母线电压Vc成正比；S12：位置传感器检测电机的转子位置角θ，对转子位置角θ微分得到电机的机械转速ωr＝dθ/dt；S13：将转子位置角θ提供给所述PARK变换单元及所述PARK逆变换单元进行计算，将电机定子相电流iu、iv、iw经过进行CLARK变换和PARK变换得到电机定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；S14：速度调节器采用PI调节控制，给定转速ωset作为速度调节器输入，上述步骤S12中计算得到的电机实际转速ωr作为速度调节器反馈，速度调节器的输出为定子电流is，设置d轴电流参考量...

【技术特征摘要】
1.一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法，系统硬件包括：交流电源AC、电感L、不控整流桥BR、薄膜电容C、功率模块、永磁同步电机，以及软件计算单元包括：电机转速计算单元、CLARK变换单元、PARK变换单元、速度调节器单元、电流调节器、PARK逆变换单元、SVPWM计算单元，其特征在于包括以下步骤：S11：电流采集传感器通过采样测量到电机定子相电流iu、iv，并通过计算获得第三相定子电流iw＝-iu-iv，测量所述薄膜电容端的直流母线电压Vc，计算电压平均值Vavg，计算比例系数k＝Vc/Vavg，比例系数k是一个变量，与直流母线电压Vc成正比；S12：位置传感器检测电机的转子位置角θ，对转子位置角θ微分得到电机的机械转速ωr＝dθ/dt；S13：将转子位置角θ提供给所述PARK变换单元及所述PARK逆变换单元进行计算，将电机定子相电流iu、iv、iw经过进行CLARK变换和PARK变换得到电机定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；S14：速度调节器采用PI调节控制，给定转速ωset作为速度调节器输入，上述步骤S12中计算得到的电机实际转速ωr作为速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：童怀，陈新，陈新度，黄运保，黄国宏，李志忠，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44