高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测器及观测方法技术

本发明专利技术公开了高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测器及观测方法，包括以下步骤：步骤S1：通过两相静止坐标下的电流磁链观测模型得到不同坐标轴的电流转子磁链值；步骤S2：通过两相静止坐标下的电压磁链观测模型得到不同坐标轴的电压转子磁链值；步骤S3：根据设定的滤波截止频率值，对所述电流转子磁链值和电压转子磁链值进行滤波得到转子磁链值。采用低通滤波器代替电压模型磁链观测器中的纯积分环节，克服了现有技术中存在的电流模型在高速时，电压模型在电机低速时磁链观测不准的情况；通过滤波器动态切换磁链观测器，使电机在不同转速下均能准确进行转子磁链定向。不同转速下均能准确进行转子磁链定向。不同转速下均能准确进行转子磁链定向。

【技术实现步骤摘要】
高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测器及观测方法


[0001]本专利技术涉及高压变频器领域，具体涉及高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测器及观测方法。

技术介绍

[0002]异步电机矢量控制中要实现准确解耦和实现磁链的反馈控制，需要知道转子磁链准确的相位角和幅值。现有技术中一般利用异步电机定子侧的电压电流等相关参数设计磁链观测器用于实时计算得到转子磁链的准确位置和大小。现有的转子磁链观测器通常有两种电压模型和电流模型；
[0003]这两种磁链观测器算法的原理分别是电压模型：通过使用电机的定子电压和定子电流来计算转子磁链，器结构简单，容易实现。电流模型：使用电机定子侧电压，电流以及转子转速计算转子磁链，器观测值渐进收敛。
[0004]但是这两种磁链观测器算法的缺陷分别是电压模型中含有纯积分环节，存在直流偏置和初始值问题，并涉及到定子电阻，在低速时由于定子电阻压降作用明显，测量误差值与反电动势幅值接近，使得观测精度低，导致在异步电机电机低速运行时磁链观测不准。而电流模型对电机转子时间常数变化很敏感，在异步电机电机高速旋转时磁链观测不准确。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中异步电机矢量控制过程中存在在高速或低速情况下磁链观测器观测不准确的问题，目的在于提供一种高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测器及观测方法，解决上述问题。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测方法，包括以下步骤：步骤S1：通过两相静止坐标下的电流磁链观测模型得到不同坐标轴的电流转子磁链值；步骤S2：通过两相静止坐标下的电压磁链观测模型得到不同坐标轴的电压转子磁链值；步骤S3：根据设定的滤波截止频率值，对所述电流转子磁链值和电压转子磁链值进行滤波得到转子磁链值；其中，所述不同坐标轴包括α轴和β轴；在电流磁链观测模型下得到α轴的电流转子磁链值Ψ
rα(i)
；在电流磁链观测模型下得到β轴的电流转子磁链值Ψ
rβ(i)
；在电压磁链观测模型下得到α轴的电压转子磁链值Ψ
rα(u)
；在电压磁链观测模型下得到β轴的电压转子磁链值Ψ
rβ(u)
。
[0008]本专利技术电压磁链观测器较传统电压观测器进行改进，通过低通滤波器来替代积分环节，通过低通滤波器在不同频率段下，区分电流观测器或电压观测器得到的磁链观测值占比。转子磁链通过对转子感应电压的纯积分得到，系统工作点接近零速时，由于转子感应电压近似为零，以至于只有误差信号被积分而掩盖了真实信号；因此采用低通滤波器代替电压模型磁链观测器中的纯积分环节，从而将进行电压观测的部分在通过积分之后形成一个高通滤波器，完成高频运行时的磁链观测，通过电流观测的部分加入低通滤波实现低频
磁链观测，由于用低通滤波器代替电压模型磁链观测器中的纯积分环节，相当于在原电压模型磁链观测器上增加了一个一阶高通滤波环节因此，在将步骤S1中的电流转子磁链值Ψ
rα(i)
和电流转子磁链值Ψ
rβ(i)
进行截止频率一样的低通滤波，就可以实现在不同频率下分别采用对应的磁链观测模型，对磁链进行准确观测。
[0009]进一步的，所述步骤S1包括以下子步骤：
[0010]子步骤S11：采集同步旋转坐标下定子电流通过α轴的定子电流i
sα
和通过β轴的定子电流i
sβ
，再与估算的转子角频率ω
r
共同作用，得到两相静止坐标系下的电流模型观测的磁链；
[0011]子步骤S12：令所述同步旋转坐标下的同步转速ω
e
＝0，则此时可得两相静止坐标系下异步电机的状态方程为：
[0012][0013]由上式，得到所述不同坐标轴的转子磁链值Ψ
rα(i)
和Ψ
rβ(i)
，所述Ψ
rα(i)
和Ψ
rβ(i)
公式如下：
[0014][0015]其中，L
m
为励磁电感，τ
r
为转子时间常数。
[0016]进一步的，电压磁链观测模型通过定子电流和定子电压获得转子磁链定子回路的电压平衡方程式：
[0017][0018]定子磁链与转子磁链的关系式：
[0019][0020]两式联立,得：
[0021][0022]由上式可以看出，转子磁链通过对转子感应电压的纯积分得到，系统工作点接近零速时，由于转子感应电压近似为零，以至于只有误差信号被积分而掩盖了真实信号；
[0023]因此改进的电压模型采用低通滤波器代替电压模型磁链观测器中的纯积分环节，得到所述Ψ
rα(u)
和Ψ
rβ(u)
公式如下：
[0024][0025]其中，u
sα
为α轴的定子电压，u
sβ
为β轴的定子电压，R
S
为定子电阻，L
m
为励磁电感，L
r
为转子漏感，L
s
为定子漏感，i
sα
为α轴的定子电流，i
sβ
为β轴的定子电流，p为微分算子，T
c
为滤波器截止频率，σ为漏磁系数，
[0026]本专利技术的另一种实现方式，一种高压大功率变频器无速度矢量控制的磁链观测器，包括：电流观测模型单元，用于通过两相静止坐标下不同坐标轴的电流转子磁链值；电压观测模型单元，用于通过两相静止坐标下不同坐标轴的电压转子磁链值；滤波模块，用于根据设定的滤波截止频率值对所述电流转子磁链值和电压转子磁链值进行滤波得到转子磁链值；其中，所述不同坐标轴包括α轴和β轴；在电流磁链观测模型下得到α轴的电流转子磁链值Ψ
rα(i)
；在电流磁链观测模型下得到β轴的电流转子磁链值Ψ
rβ(i)
；在电压磁链观测模型下得到α轴的电压转子磁链值Ψ
rα(u)
；在电压磁链观测模型下得到β轴的电压转子磁链值Ψ
rβ(u)
。
[0027]进一步的，所述电流观测模型单元包括：采集同步旋转坐标下定子电流通过α轴的定子电流i
sα
、通过β轴的定子电流i
sβ
和通过闭环系统观测出来的转子角频率ω
r
共同作用，得到两相静止坐标系下的电流模型观测的磁链；令所述同步旋转坐标下的同步转速ω
e
＝0，得到所述不同坐标轴的转子磁链值Ψ
rα(i)
和Ψ
rβ(i)
，所述Ψ
rα(i)
和Ψ
rβ(i)
公式如下：
[0028][0029]其中，L
m
为励磁电感，τ
r
为转子时间常数。
[0030]进一步的，所述电压观测模型单元包括低通滤波器，所述Ψ
rα(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过两相静止坐标下的电流磁链观测模型得到不同坐标轴的转子磁链值，并将所述通过两相静止坐标下的电流磁链观测模型得到不同坐标轴的转子磁链值定义为电流转子磁链值；步骤S2：通过两相静止坐标下的电压磁链观测模型得到不同坐标轴的转子磁链值；并将所述通过两相静止坐标下的电压磁链观测模型得到不同坐标轴的转子磁链值定义为电压转子磁链值；步骤S3：根据设定的滤波截止频率值，对所述电流转子磁链值和电压转子磁链值进行滤波得到转子磁链值；其中，所述不同坐标轴包括α轴和β轴；在电流磁链观测模型下得到α轴的电流转子磁链值Ψ
rα(i)
；在电流磁链观测模型下得到β轴的电流转子磁链值Ψ
rβ(i)
；在电压磁链观测模型下得到α轴的电压转子磁链值Ψ
rα(u)
；在电压磁链观测模型下得到β轴的电压转子磁链值Ψ
rβ(u)
。2.根据权利要求1所述的高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：子步骤S11：采集同步旋转坐标下定子电流通过α轴的定子电流i
sα
和通过β轴的定子电流i
sβ
，再与估算的转子角频率ω
r
共同作用，得到两相静止坐标系下的电流模型观测的磁链；子步骤S12：令所述同步旋转坐标下的同步转速ω
e
＝0，得到所述不同坐标轴的转子磁链值Ψ
rα(i)
和Ψ
rβ(i)
，所述Ψ
rα(i)
和Ψ
rβ(i)
公式如下：其中，L
m
为励磁电感，τ
r
为转子时间常数。3.根据权利要求1所述的高压大功率变频器无速度矢量控制磁链观测方法，其特征在于，所述电压磁链观测模型采用低通滤波器，所述Ψ
rα(u)
和Ψ
rβ(u)
公式如下：其中，u
sα
为α轴的定子电压，u
sβ
为β轴的定子电压，R
S
为定子电阻，L
m
为励磁电感，L
r
为转子漏感，L
s
为定子漏感，i
sα
为α轴的定子电流，i
sβ
为β轴的定子电流，p为微分算子，T
c...

【专利技术属性】
技术研发人员：余书瀚，张黎，赖成毅，唐斌，曾捷，刘强，张川，
申请(专利权)人：东方日立成都电控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：