[發(fā)明專利]永磁同步電機永磁磁場畸變實時檢測與分析方法及其裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 200710176726.0 | 申請日： | 2007-11-02 |
| 公開（公告）號： | CN101149423A | 公開（公告）日： | 2008-03-26 |
| 發(fā)明（設計）人： | 肖曦;張猛 | 申請（專利權(quán)）人： | 清華大學 |
| 主分類號： | G01R33/02 | 分類號： | G01R33/02;G01R33/12;G01R31/34;G01R23/16;H02P6/00 |
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| 地址： | 100084北京市100*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 永磁 同步電機 磁場 畸變 實時 檢測 分析 方法 及其 裝置 | ||
技術(shù)領域
本發(fā)明涉及一種電機的磁場檢測與分析方法，屬于運動伺服技術(shù)領域。
背景技術(shù)
隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，永磁電機研究開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，永磁同步電機向大功率化、高性能和微型化發(fā)展。由于采用永磁體提供氣隙磁通，永磁同步電機均具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等優(yōu)點。在混合動力車、艦船推進、高性能伺服控制等領域獲得了廣泛的應用。
與電勵磁電機相比，目前永磁電機最大的劣勢在于永磁磁場波動和失磁問題：由于釹鐵硼永磁材料居里溫度偏低，溫度穩(wěn)定性較差，其不可逆損失和溫度系數(shù)都較高，導致高溫下磁損嚴重，且不能保證退磁曲線為直線，在電機啟動、剎車或故障情況下電流激增，工作點會向退磁曲線的膝點移動，造成不可逆失磁。永磁體磁場波動和失磁會導致電機發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩性能變差，嚴重情況下電機可能報廢，這一問題極大地限制了永磁電機的應用范圍。
永磁電機實際運行中，對于不同運行工況和溫度變化，永磁磁鏈幅值的變化最大可達20％左右，其引起的轉(zhuǎn)矩變化遠大于交直軸電感飽和引起的輸出轉(zhuǎn)矩變化。根據(jù)永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式可知，若要獲得較高轉(zhuǎn)矩控制性能，需要準確的永磁體磁鏈信息。
針對永磁體失磁問題，目前最常采用的方法是從電機設計角度出發(fā)，優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)，降低失磁風險。此類方法還是屬于一種靜態(tài)的預防方案，基本出發(fā)點為充分考慮電機工況，提高電機距離失磁點的裕量，但電機實際運行工況往往相當復雜，很難充分考慮，退磁現(xiàn)象有時還是難以避免。而對電機運行中的失磁，往往要到引發(fā)明顯故障后才停機檢測，常用方法為采用特斯拉計、磁通表、直流磁特性測試儀或空載實驗法進行測量分析，修理手段為更換磁片或重新充磁，所以這種檢測方法只能稱為一種失磁后的離線分析方法，能引發(fā)故障的失磁程度往往已經(jīng)非常嚴重。針對永磁體磁場波動問題，控制中一般僅考慮磁鏈幅值的波動，很少考慮到磁場方向的變化和磁密波形的畸變。
目前已有的中國發(fā)明專利(CN?1830135A)利用永磁同步電機控制所用q軸電壓控制量來粗略估計永磁同步電機去磁量，估計精度有限，并且只考慮了永磁體磁場失磁時的正弦波形幅值減小，未考慮磁場波動和波形非正弦畸變等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)τ来磐诫姍C永磁磁場畸變進行在線檢測和分析的方法。永磁同步電機均具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等優(yōu)點。在混合動力車、艦船推進、高性能伺服控制等領域獲得了廣泛的應用。但由于永磁體磁場波動和失磁會導致電機發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩性能變差，嚴重情況下電機可能報廢，這一問題極大地限制了永磁電機的應用范圍。根據(jù)永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式可知，若要獲得較高轉(zhuǎn)矩控制性能，需要準確的永磁體磁鏈信息。本發(fā)明提供了一種能夠?qū)τ来磐诫姍C永磁磁場畸變進行在線檢測和分析的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種永磁同步電機永磁磁場畸變實時檢測與分析方法，其特征在于該方法包括如下步驟：
1)永磁同步電機永磁磁場畸變實時檢測方法
a.通過位置傳感器獲得電機轉(zhuǎn)子位置θ，由轉(zhuǎn)速計算模塊計算得到電機轉(zhuǎn)速ω；將轉(zhuǎn)速ω輸入到電機控制模塊中；
b.將永磁同步電機在兩相坐標下的定子電壓uα、uβ經(jīng)過αβ/dq坐標變換得到的dq坐標系下定子電壓ud、uq；將永磁同步電機在ABC三相坐標系下的定子電流iA、iB和iC，經(jīng)abc/αβ、αβ/dq兩次坐標變換得到dq坐標系定子電流id、iq；
c.將θ、ω、id、iq、ud、uq作為磁鏈觀測器的輸入信號，得到dq坐標系下永磁磁鏈分量ψfa、ψfq，除以電機極對數(shù)得到dq坐標系下反電勢系數(shù)KEd、KEq；
d.選擇dq坐標系下定子電流id、iq、ψfd、ψfq為狀態(tài)變量，dq坐標系下定子電流為測量向量，dq坐標系下定子電壓為輸入向量，構(gòu)建觀測永磁體磁鏈觀測的系統(tǒng)狀態(tài)方程和輸出方程：
系統(tǒng)狀態(tài)方程：
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