一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法技术

本发明专利技术提供一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法，包括：构建电机无速度传感器矢量控制系统，获取矢量控制系统的不稳定边界所对应的定子电流频率的限制值，若电机的定子电流频率等于所述定子电流频率的限制值，增大电机励磁电流，减小电机滑差转速的绝对值，使得电机的定子电流频率大于所述定子电流频率的限制值；在合适的穿越工况点以较大幅度更改感应电机的励磁电流，使感应电机的运行工况点快速穿越定子电流零频区域使所述电机主动穿越定子电流零频区域，保证感应电机的定子电流频率大于定子电流频率的限制值，从而避免感应电机在恒定转子转速、负载转矩改变时定子电流频率接近零频而导致的转子转速不可观测与系统失稳的问题。稳的问题。

A zero frequency ride through method of motor based on variable excitation current

【技术实现步骤摘要】
一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法。

技术介绍

[0002]随着感应电机的不断推广，其无速度传感器控制技术凭借低制造成本、高可靠性能等优点获得广泛的关注与应用。感应电机的无速度传感器矢量控制系统在转子转速的中高速区间表现良好，但在低转子转速区间的表现不尽如人意。究其原因，感应电机的无速度传感器矢量控制技术是基于电机数学模型的控制手段；当感应电机的转子转速较低且因负载反向而处于发电工况时，感应电机的定子电流接近零频，造成感应电机转子转速的不可观测，进而导致其控制系统的不稳定性。
[0003]异步电机无速度传感器矢量控制系统由于不使用速度传感器，具有低成本、高可靠性、低维修率等优点。由于现有系统使用的自适应全阶观测器无法在同步转速为零的时候正常工作，异步电机在零同步转速下的转子转速具有不可观测性，由此导致了异步电机无速度传感器驱动系统在零同步转速下难以负载稳定运行；具体表现为异步电机在起重等具有重力负载或发电运行等转子转速需要频繁的进行正反切换工业领域的运用中，而异步电机无法观测在零同步转速下的转子转速；
[0004]目前可以通过采用固定系数的虚拟电压注入技术在低速发电模式和零电流频率以解决电机零频不可观的问题，实现电机零频稳定，但在由于观测器输入电压与电机的实际电压不同，导致电机在中高转速时转子转速控制精度不足，并且该方法在低速负载时需要更大的磁链电流，损耗较大；或采用限制方法使得电机运行工况点避开定子电流零频区域从而实现“亚稳定性”，没有从根本上解决定子电流零频下的转子转速可观测性和感应电机无速度传感器矢量控制系统的全速度区间的稳定性问题。
[0005]因此，如何保证感应电机无速度矢量控制系统在定子电流接近零频时的转速可观测性成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法，用于解决带有反馈矩阵的无传感器矢量控制系统在零同步转速附近转速观测失败的问题、以及在定子电流接近零频时转子转速的可观测性和系统在全速度区间的稳定性上存在的缺陷，在感应电机的定子电流达到限制值时，更改感应电机的励磁电流指令，使得感应电机的定子电流频率始终大于等于其限制值，并在合适的工况点快速更改感应电机的励磁电流指令，使感应电机快速穿越定子电流零频区域，保证感应电机无速度传感器矢量控制系统转子转速在定子电流零频时的可观测性。
[0007]本专利技术提供的一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法，包括步骤：
[0008]S1构建电机无速度传感器矢量控制系统，获取所述矢量控制系统稳定的边界条
件；
[0009]S2基于所述边界条件，获取所述矢量控制系统的不稳定边界所对应的定子电流频率的限制值；
[0010]S3调整电机的励磁电流，若所述电机的定子电流频率等于所述定子电流频率的限制值，增大所述励磁电流，减小电机滑差转速的绝对值，使得所述电机的定子电流频率大于所述定子电流频率的限制值；
[0011]S4在预设工况点多次调整所述电机的励磁电流指令,使所述电机主动穿越定子电流零频区域。
[0012]进一步，步骤S1中，构建电机无速度传感器矢量控制系统，包括步骤：
[0013]S101以所述电机的定子电流和转子磁链为状态变量，以定子电流为输出变量，获取两相同步旋转坐标系下所述电机的状态表达式；
[0014]S102以电机转子转速的估计值代替所述状态表达式中电机的实际转子转速，并将反馈矩阵引入所述状态表达式，得到电机自适应全阶观测器模型；
[0015]S103基于所述电机自适应全阶观测器模型，获取电机误差矢量表达式；
[0016]S104基于所述电机误差矢量表达式，获取电机无速度传感器矢量控制系统在低速发电工况下不稳定区域的边界。
[0017]其中，步骤S3中，调整电机的励磁电流，若所述电机的定子电流频率等于所述定子电流频率的限制值，增大所述励磁电流，减小电机滑差转速的绝对值，使得所述电机的定子电流频率大于所述定子电流频率的限制值，包括步骤：
[0018]根据所述电机的状态表达式，获取电机的滑差转速与定子电流励磁分量、定子电流转矩分量之间的关系表达式为：
[0019][0020]电机定子电流频率与电机的转子转速、滑差转速之间的关系为：
[0021]ω
e
＝ω
s
+ω
r
；
[0022]当感应电机定子电流频率等于所设定的限制值ω
lim
时，增大所述电机的励磁电流，从而减小电机滑差转速的绝对值，应用公式：
[0023][0024]基于上述的滑差转速与定子电流励磁分量、定子电流转矩分量之间的关系表达式，定子电流频率与电机的转子转速、滑差转速之间的关系表达式，以及励磁电流指令值的调整公式，对电机的励磁电流进行调整；
[0025]其中，ω
r
是感应电机的转子电气转速实际值，ω
e
是感应电机定子电流的频率，ω
s
是感应电机的滑差转速，是感应电机转子时间常数，R
r
是电机转子电阻，L
r
是电机转子电感；
[0026]i
sd
为定子电流的励磁分量，i
sq
为定子电流的转矩分量；
[0027]为调整励磁电流后的励磁电流指令值，为调整励磁电流前的励磁电流指令值，Δi
sd
为每次励磁电流调整的变化值。
[0028]进一步，步骤S4中，确定穿越定子电流零频区域的所述预设工况点，包括步骤：
[0029]根据所述电机定子电流的额定值以及穿越定子电流零频区域的约束条件，确定所述预设工况点，获取预设工况点的励磁电流边界范围为：
[0030][0031]所述约束条件包括：
[0032]定子电流的励磁分量、转矩分量与电机定子电流的额定值的的关系表达式为：
[0033][0034]获取电机的电磁转矩与定子电流的励磁分量、转矩分量之间的关系表达式：
[0035]T
e
＝K
e
i
sd
i
sq
；
[0036]其中，I
N
为电机定子电流的额定值；
[0037]为电机的转矩系数，n
p
为电机的极对数；
[0038]μ＝2/K
e
。
[0039]进一步，步骤S4中，所述电机主动穿越定子电流零频区域之后，所述电机的滑差转速与所述定子电流频率的限制值应满足：
[0040]ω
s
＜
‑
2ω
lim
；
[0041]所述预设工况点的励磁电流边界范围进一步限制为：
[0042][0043]当电机的励磁电流落入上式所示的励磁电流边界范围中时，调整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法，其特征在于，包括步骤：S1构建电机无速度传感器矢量控制系统，获取所述矢量控制系统稳定的边界条件；S2基于所述边界条件，获取所述矢量控制系统的不稳定边界所对应的定子电流频率的限制值；S3调整电机的励磁电流，若所述电机的定子电流频率等于所述定子电流频率的限制值，增大所述励磁电流，减小电机滑差转速的绝对值，使得所述电机的定子电流频率大于所述定子电流频率的限制值；S4在预设工况点多次调整所述电机的励磁电流指令,使所述电机主动穿越定子电流零频区域。2.根据权利要求1所述的一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法，其特征在于，步骤S1中，构建电机无速度传感器矢量控制系统，包括步骤：S101以所述电机的定子电流和转子磁链为状态变量，以定子电流为输出变量，获取两相同步旋转坐标系下所述电机的状态表达式；S102以电机转子转速的估计值代替所述状态表达式中电机的实际转子转速，并将反馈矩阵引入所述状态表达式，得到电机自适应全阶观测器模型；S103基于所述电机自适应全阶观测器模型，获取电机误差矢量表达式；S104基于所述电机误差矢量表达式，获取电机无速度传感器矢量控制系统在低速发电工况下不稳定区域的边界。3.根据权利要求2所述的一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法，其特征在于，步骤S3中，当电机定子电流频率等于所设定的限制值ω
lim
时，增大所述电机的励磁电流，从而减小电机滑差转速的绝对值，应用公式：ω
e
＝ω
s
+ω
r
；其中，ω
r
是电机的转子电气转速实际值，ω
e
是电机定子电流的频率，ω
s
是电机的滑差转速，是电机转子时间常数，R
r
是电机转子电阻，L
r
是电机转子电感；i
sd
为定子电流的励磁分量，i
sq
为定子电流的转矩分量；为调整励磁电流后的励磁电流指令值，为调整励磁电流前的励磁电流指令值，Δi
sd
为每次励磁电流调整的变化值。4.根据权利要求3所述的一种基于变励磁电流的电机零频穿越方法，其特征在于，步骤S4中，确定穿越定子电流零频区域的所述预设工况点，包括步骤：根据所述电机定子电流的额定值以及穿越定...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，李孺涵，罗成，郑逸飞，徐智杰，姜峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：