用于外部励磁的同步机的定子磁通辅助和过励磁制造技术

本公开涉及用于外部励磁的同步机的定子磁通辅助和过励磁

【技术实现步骤摘要】
用于外部励磁的同步机的定子磁通辅助和过励磁


[0001]各种示例实施方式涉及工业过程的控制
。

技术介绍

[0002]在同步电动机中，电机轴的
(
即，转子的
)
旋转与稳定状态下的供应电流的频率同步，使得旋转时段恰好等于整数个交流
(AC)
周期
。
用于控制同步电动机的一种常见方式是所谓的矢量控制，在矢量控制中，通过控制定子电流矢量来控制电机的转矩
。
[0003]然而，同步机的长弱磁范围和
/
或短时过载在要求高的同步机应用中
(
例如，在金属工业中
)
是典型的
。
利用传统的单位功率因数控制，定子磁通链负载角在前述操作点中具有高值，并且因此通常不能达到转矩要求
。

技术实现思路

[0004]根据一方面，提供了独立权利要求的主题
。
在从属权利要求中限定了实施方式
。
[0005]在附图和以下描述中更详细地阐述了实现方式的一个或更多个示例
。
其他特征将根据说明书和附图以及根据权利要求而变得明显
。
[0006]一些实施方式提供了用于对同步电机执行角位置误差估计的设备
、
方法和计算机可读介质
。
附图说明
[0007]在下文中，将参照附图更详细地描述示例实施方式，在附图中：
[0008]图
1A
示出了根据实施方式的示例性工业系统；
[0009]图
1B
示出了根据实施方式的用于图
1A
的示例性工业系统的驱动的计算装置；
[0010]图2至图3示出了根据实施方式的示例性处理；以及
[0011]图4示出了励磁电流参考计算的示例性框图
。
具体实施方式
[0012]以下实施方式仅作为示例来呈现
。
虽然说明书可能在本文的若干位置中提及“一”、“一个”或“一些”实施方式和
/
或示例，但是这并不一定意味着每次提及是针对相同实施方式或示例，或者特定特征仅适用于单个实施方式和
/
或示例
。
也可以组合不同实施方式和
/
或示例的单个特征以提供其他实施方式和
/
或示例
。
[0013]如在本申请中使用的，术语“电路系统”可以指代以下中的一个或更多个或者全部：
(a)
仅硬件电路实现方式，例如仅在模拟和
/
或数字电路系统中的实现方式，以及
(b)
硬件电路以及软件
(
和
/
或固件
)
的组合，例如
(
视情况而定
)
：
(i)
模拟和
/
或数字硬件电路与软件
/
固件的组合，以及
(ii)
具有软件的硬件处理器的任何部分，其包括一起工作以使诸如终端装置或接入节点的设备执行各种功能的数字信号处理器
、
软件和存储器，以及
(c)
需要用于操作的软件
(
例如，固件
)
的硬件电路和处理器，例如微处理器或微处理器的一部分，但当
针对操作不需要该软件时，该软件可以不存在
。“电路系统”的该定义适用于本申请中该术语的所有使用，包括任何权利要求
。
作为又一示例，如在本申请中使用的，术语“电路系统”还涵盖仅硬件电路或处理器
(
或多个处理器
)
的实现方式或者硬件电路或处理器的一部分及其
(
或它们的
)
所附软件和
/
或固件的实现方式
。
[0014]同步电机是电动机，其中电机轴的
(
即，转子的
)
旋转与稳定状态下的供应电流的频率同步，使得旋转时段等于整数个交流
(AC)
周期
。
[0015]外部励磁
(
或外部磁化
)
的同步电机用于工业
、
运输和公用事业部门中的各种应用
。
在外部励磁的同步电机中，同步电机的转子经由被称为滑环的旋转电接触件和导电刷连接至
DC
电源
。
替选地，可以采用无刷励磁器来实现所述
DC
连接
。
[0016]用于控制外部励磁的同步电机的一种常见方式是所谓的矢量控制，在矢量控制中，通过控制定子电流和
/
或电压矢量来控制机器的转矩
。
定子电流
/
电压矢量是包括两个正交的定子电流
/
电压分量的矢量，两个正交的定子电流
/
电压分量从三相
AC
电机的定子电流
/
电压得出
。
所述分量中的一个分量限定电机的磁通，另一个限定电机的转矩
。
这些定子电流
/
电压分量可以分别作为
α
轴和
β
轴定子电流
/
电压写入静止参考帧或者作为
d
轴和
q
轴定子电流
/
电压写入运动参考帧
(
与转子同步运动
)。
矢量控制中的实际控制通常针对
d
轴和
q
轴定子电流或电压来执行，而
α
轴和
β
轴定子电流或电压实际用于驱动同步电机
。
可以使用逆派克
(Park)
变换将
d
轴和
q
轴电流
/
电压转换成
α
轴和
β
轴电流
/
电压，而使用派克变换可以进行相反的变换
。
[0017]在常规的直接磁通链控制
(DFLC)
中，理想地，根本不使用电流矢量控制，尽管在实践中这是不可行的
。
晶体管开关导致非线性电流相关的电压降
。
电源开关需要一定时间来接通或关断，并且在该时间期间，难以估计电压
。
电机线缆中和定子绕组中的电阻电压降导致进一步的不确定性
。
电压模型基于积分
(
参见等式
(22))
，并且也对误差进行积分
。
即使对所有这些电压降具有相当准确的估计，基于纯电压积分的估计也是不正确的
。DFLC
方法保持定子磁通链估计原点处于居中
。
如果其包含累积误差，则真实的电机定子磁通链不正确地漂移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于驱动器的设备，所述驱动器用于驱动外部励磁的同步电机，所述设备包括用于执行以下操作的装置：使得所述驱动器在用于实现单位功率因数的初级操作模式下操作；监测针对所述驱动器对所述外部励磁的同步电机的控制而定义的至少定子磁通链负载角参考
、
定子磁通链参考和转矩参考；以及响应于所述定子磁通链负载角参考在稳定状态下达到或超过用于稳定状态操作的预定义的最大允许定子磁通链负载角，使得所述驱动器在定子磁通辅助操作模式下进行操作，其中，在所述定子磁通辅助操作模式下，将用于允许利用单位功率因数或利用至少最大化的子单位功率因数以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角进行操作的增加的定子磁通链用作所述定子磁通链参考，所述增加的定子磁通链相对于在所述初级操作模式下能够用作所述定子磁通链参考的定子磁通链而增加
。2.
根据权利要求1所述的设备，其中，用于执行的所述装置被配置成在所述定子磁通辅助操作模式的操作期间执行以下操作：基于所述转矩参考和所述预定义的最大允许定子磁通链负载角，来计算用于允许利用单位功率因数以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角进行操作的所述增加的定子磁通链；以及使用用于允许利用单位功率因数以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角进行操作的所计算的增加的定子磁通链作为所述定子磁通链参考
。3.
根据权利要求2所述的设备，其中，用于执行的所述装置被配置成：在所述定子磁通辅助操作模式的操作期间，如果所述外部励磁的同步电机是凸极电机，则根据下式来计算用于允许利用单位功率因数以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角操作的所述增加的定子磁通链
ψ
s,ass
：或者，如果所述外部励磁的同步电机是非凸极电机，则根据下式来计算
ψ
s,ass
其中，
L
sq
是
q
轴定子电感，
L
s
是定子电感，
T
e,ref
是所述转矩参考，以及
δ
max
是所述预定义的最大允许定子磁通链负载角
。4.
根据权利要求
1、2
或3所述的设备，其中，用于执行的所述装置被配置成：仅响应于在所述定子磁通链参考低于所述预定义的最大允许定子磁通链的情况下所述定子磁通链负载角参考达到或超过所述预定义的最大允许定子磁通链负载角，使得所述驱动器在所述定子磁通辅助操作模式下进行操作
。5.
根据权利要求4所述的设备，其中，所述预定义的最大允许定子磁通链对应于用于所述驱动器的逆变器的线性调制范围的上限
。6.
根据权利要求
1、2
或3所述的设备，其中，用于执行的所述装置被配置成：
至少基于所述定子磁通链参考和所述转矩参考，来计算用于在稳定状态下提供单位功率因数操作的励磁电流；在所述定子磁通辅助操作模式下的操作期间，使用用于在稳定状态下提供单位功率因数操作的所述励磁电流作为励磁电流参考；以及
/
或者在所述初级操作模式下的操作期间，使用标称定子磁通链与所述预定义的最大允许定子磁通链中的最小值作为所述定子磁通链参考，并且使用在所述稳定状态下提供所述单位功率因数操作的所述励磁电流作为所述励磁电流参考
。7.
根据权利要求6所述的设备，其中，用于执行的所述装置被配置成：如果所述外部励磁的同步电机是凸极电机，则根据下式计算用于在所述稳定状态下提供所述单位功率因数操作的所述励磁电流
i
f,upf
或者，如果所述外部励磁的同步电机是非凸极电机，则根据下式计算
i
f,upf
其中，
ψ
s,ref
是所述定子磁通链参考，
L
sd
是
d
轴定子电感，
L
sq
是
q
轴定子电感，
L
s
是定子电感，
T
e,ref
是转矩参考，
L
md
是
d
轴磁化电感，以及
L
m
是磁化电感
。8.
根据权利要求6所述的设备，其中，用于执行的所述装置还被配置成在所述定子磁通辅助操作模式下的操作期间执行以下操作：响应于用于提供所述单位功率因数操作的所述励磁电流被计算为小于预定义的最大励磁电流，基于所述转矩参考和所述预定义的最大允许定子磁通链负载角来计算用于允许以所述单位功率因数和以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角进行操作的所述增加的定子磁通链，并且将所计算的用于允许以所述单位功率因数和以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角进行操作的所述增加的定子磁通链用作所述定子磁通链参考；以及
/
或者响应于用于提供所述单位功率因数操作的所述励磁电流被计算为大于或等于所述预定义的最大励磁电流，基于所述转矩参考
、
所述预定义的最大允许定子磁通链负载角和所述预定义的最大励磁电流来计算用于允许以所述最大化的子单位功率因数和以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角进行操作的所述增加的定子磁通链，并且将所计算的用于允许以所述最大化的子单位功率因数和以所述预定义的最大允许定子磁通链负载角进行操作的所述增加的定子磁通链用作所述定子磁通链参考
。9.
根据权利要求8所述的设备，其中，用于执行的所述装置被配置成：
如果所述外部励磁的同步电机是凸极电机，则根据下式执行用于允许以所述单位功率因数进行操作的所述增加的定子磁通链
ψ
s,ass
的计算或者，如果所述外部励磁的同步电机是非凸极电机，则根据下式执行
ψ
s,ass
的计算其中，
L
sq

【专利技术属性】
技术研发人员：西纳，
申请(专利权)人：ABB，
类型：发明
国别省市：