同步电机中开环矢量控制的启动方法技术

一种启动开环矢量控制的方法，其中，本方法包括以下步骤：确定同步电机的定子电感模型；在多个方向上测量同步电机的定子电感（２）。本方法还包括下列步骤：为了形成得到最小误差的模型参数，在已确定的定子电感模型中设置测量的定子电感（６）；为了验证转子励磁的方向，检查转子励磁的极性（１１）；根据形成的模型参数和转子励磁的方向，对开环矢量控制的磁链初始化（１４）；以及用矢量控制方法启动同步电机。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
同步电机中开环矢量控制的启动方法
本专利技术涉及一种在同步电机中启动开环矢量控制的方法，此方法包括判断同步电机的定子电感模式和在多个方向上测量定子电感。专利技术背景矢量控制指控制AC电动机的方式，此方式使得电动机的磁链和转矩可象DC电动机那样独立控制。在DC电动机中，控制影响磁链和转矩的直流电流，而在AC电动机中必须控制电流的振幅和相位角。因而，控制电流矢量，由此实现矢量控制。为执行矢量控制，必须知道电动机的磁链和电流。电动机的磁链由电机感应时定子和转子的电流作用产生。在同步电机中，必须估算转子电流并且此估算需要有关转子转速的信息。这就需要测量的或估算的转子转速。在同步电机中，独立于定子励磁的励磁电流施加到转子上，或者用永磁进行转子励磁，并且从定子可看出，它的影响在转子方位角的方向中表现出来。为了知道由方位角产生的磁链，必须测量或估算转子的方位角。当AC电动机的矢量控制使用测量的转子转速或方位角时，其控制方法被称作闭环矢量控制。如果估算转速或方位角时，其控制方法被称作开环矢量控制。根据执行方法，除了转子角度或角速度之外，估算的变量也可以是定子磁链。当同步电机用矢量控制启动时，电机的定子磁链具有初始值s0，该值取决于转子励磁f和转子方位角θr，如下所示：ψs0=ψfejθr]]>当电压us影响定子磁链时，定子磁链根据下式变化：ψs=ψs0+∫l1l2(us-Rsis)dt]]>。从上式显而易见，当对定子磁链求积分时，除了需要电压和电流值-->以外，还需要定子磁链的先前值。因而，为了可控制地启动电机，需要有关转子初始方位角的信息。当使用闭环矢量控制时，测量初始角，然而，当使用开环矢量控制时，初始角必须估算确定。当转子旋转时，转子磁链产生电动势，此电动势在正常操作状态下的矢量控制时可被利用，但当转子停止时就没有电动势。在凸极式同步电机如外激同步电机或用永久磁铁励磁的电机中，或者在同步磁阻电机中，静止坐标系中的定子电感Ls是转子角度θr的函数，见下式：Ls＝Ls0+Ls2cos2θr，并且图1示出上述方程式的图解。从图中可看出，电感在两倍转子角度内围绕基础值Ls0变化，幅度为电感系数Ls2。电感系数Ls0和Ls2定义如下：Ls0=Lsd+Lsq2,]]>Ls2=Lsd-Lsq2,]]>其中，电感Ls0和Lsq为同步电机的直轴和交轴瞬态电感。利用上述方程式确定转子的初始角度本身是已知的，并且例如在以下文章中描述，如：S.stlund和M.Brokemper的“对于一体化PM同步电动机驱动从零到额定转速的无传感器转子位置检测”，IEEETransactions on Industry Applications，1996年9月/10月，卷32第1158-1165页；以及M.Schroedl的“无机械传感器的永磁同步电机的操作”，Int. Conf. On Power Electronics and Variable Speed Drives，1990年，第51-55页。根据M.Leksell、L.Harnefors和H.P.Nee的论文“对于PM电动机无传感器控制的电机设计考虑”，Proceedings of the InternationalConference on Electrical Machines ICEM’98，1998年，第619-624页，正弦波交变电压以转子的理论直轴方向施加到定子上。如果这在理论转子坐标中产生交轴电流，就修正理论转子坐标以使交轴电流消失。参考文献指出，变频器作用到同步电机上的切换频率应该至少是供电电压频率的10倍。因此，能以5-10kHz切换频率的变频器的供电电压最大频率-->例如在500-1000Hz之间。这对于算法运算是足够的。如此之高的切换频率由IGBT变频器实现，但在更高功率下需要的具有GTO或IGCT功率转换器的变频器具有小于1kHz的最大切换频率。在初始角度估算中供电电压的最大频率仍然小于100Hz。在如此低的频率下电机提高转矩并且算法变得非常不准确。在M.Schroedl 1990年的参考文献中，初始角度从一次电感测量中直接计算得到，或者，如果采用更多的测量，通过消去电感参数可利用另外的信息。此方法的缺陷是误差的影响大，而误差在测量中是无法避免。对永磁电机在转子角度θr＝[0，…，2π]时的实际电感测量的一个实例如图2所示。图2理论上表明与正弦曲线有很大的偏差。进行电感测量以便向定子输入产生磁链的电流脉冲，基于此磁链计算电感。误差来自电流测量中的误差或者测量电流所产生的转矩使转子旋转的事实。从静止坐标系中的电感表达式有可能推导出转子角度的表达式：θr=12arccosLs-Ls0Ls2+nπ]]>其中n是整数。测量值Ls中误差的影响可通过θr对Ls求微分来分析：dθrdLs=-12Ls211-(Ls-Ls0Ls2)2]]>这就能计算角度的误差估计Δθr≈dθrdLsΔLs]]>。可以看出当时，Δθr→∞。从以上可看出，当直轴和交轴方向之间的电感差较小时，角度的误差估计接近于无限大。换句话说，当转子直轴和交轴电感的辐度相互之间越接近，基于电感测量的初始转子角度确定就变得越不可靠。在S.stlund和M.Brokemper的参考文献介绍的方法中，不直接计算转子角度，但通过首先以长间隔在不同方向开始测量电感并在通过减小连续测量的角度差而接近最小电感时来寻找最小电感。即使在此文中没有提及，但此方法容易隐藏由测量误差产生的假定最小值，因此误差-->值是极高的。基于以上描述，应该设法降低电感测量误差的影响。虽然一种方法可以在每个方向进行几次测量并且从测量到的电感计算平均值，但此方法不会消除系统误差的影响。专利技术概述本专利技术目的在于提供一种避免上述缺点并使同步电机中的开环矢量控制能以可靠的方式启动的方法。这通过本专利技术的方法实现，其特征在于包括以下步骤：为了形成得到最小误差的模型参数，设置已确定的定子电感模型中的测量定子电感；为了验证转子励磁的方向，检查转子的励磁极性；根据形成的模型参数和转子励磁的方向，对开环矢量控制的磁链初始化；以及用矢量控制方法启动同步电机。本专利技术的方法基于这样的概念：在多个方向上测量定子电感的幅度，并且作为测量结果而得到的电感值在电机电感模型中设置。经过设置，可获得有关同步电机初始转子角度的非常准确的信息。另外，通过利用本专利技术的方法，获得有关静止坐标系中转子励磁初始值的信息，电机因此能以可靠的方式启动，而不会瞬态或急剧启动。附图简述以下参照附图并结合优选实施例对本专利技术作更详细的描述，其中，图1是为角度函数的定子电感Ls的图；图2示出为角度函数的定子电感的测量幅度；图3示出坐标系之间的关系；图4示出定子电感测量的顺序；以及图5为根据本专利技术的启动过程的流程图。专利技术详述根据本专利技术，同步电机中开环矢量控制的启动首先包括确定同步电机定子电感模型Ls＝Ls0+Ls2cos2θr的步骤。此方程式指出电感如何根据静止坐标系中的转子角度变化。因而此方程式表明当转子旋转一定角度θr时，在定子坐标系的x轴方向测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在同步电机中启动开环矢量控制的方法，其中，本方法包括以下步骤： 确定同步电机的定子电感模型； 在多个方向上测量定子电感（２）， 本方法特征在于还包括下列步骤： 为了形成得到最小误差的模型参数，在已确定的定子电感模型中设置测量的定子电感（６）； 为了验证转子励磁的方向，检查转子的励磁极性（１１）； 根据已形成的模型参数和转子励磁的方向，对开环矢量控制的磁链初始化（１４）；以及 用矢量控制方法启动同步电机。

【技术特征摘要】
FI 1999-5-19 9911441.一种在同步电机中启动开环矢量控制的方法，其中，本方法包括以下步骤：确定同步电机的定子电感模型；在多个方向上测量定子电感(2)，本方法特征在于还包括下列步骤：为了形成得到最小误差的模型参数，在已确定的定子电感模型中设置测量的定子电感(6)；为了验证转子励磁的方向，检查转子的励磁极性(11)；根据已形成的模型参数和转子励磁的方向，对开环矢量控制的磁链初始化(14)；以及用矢量控制方法启动同步电机。2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在多个方向上测量同步电机定子电感包括以下步骤：在多个不同的方向对同步电机的定子提供电压脉冲；基...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利尤斯鲁可，
申请(专利权)人：ABB有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]