[發明專利]電機矢量控制中勵磁電流的動態控制方法

無效

• 申請號: 201110093246.4
• 申請日: 2011-04-08
• 公開（公告）號: CN102739149A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 戴政;孔小明
• 申請（專利權）人: 戴政;孔小明
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供了一種電機勵磁電流的控制方法，可應用在高動態性能電機驅動的控制系統中。在使用電機矢量控制法驅動異步電機或永磁同步電機等各種交流旋轉電機時，按照本發明提出的算法，根據電機特性和轉速、負載大小等運行狀況可自動決定矢量控制中所要求的電機的勵磁電流值。按照本發明提供的控制方法，無論電機是否安裝了位置傳感器，也即無論使用的是有位置傳感器矢量控制還是無位置傳感器矢量控制，也不論電機是異步電機還是永磁直流電機或者直流無刷電機，電機在整個速度范圍內運行時都可以動態控制電機勵磁電流的大小，從而實現勵磁電流控制的無電機參數化，而且在電機高速運行時可自動實現通常意義上的弱磁控制。應用這種方法，不僅避免了矢量控制法事先需要檢測計算電機參數等繁雜的過程，而且可以自動適應同一電機在不同工況時的運行狀態所導致的參數變化，極為簡便實用。

背景技術

在電機驅動應用中，矢量控制法由于解耦了勵磁電流和轉矩電流的相互耦合關系，單獨控制勵磁電流和轉矩電流成為可能，使得交流異步電機、永磁同步電機等交流電機的動態、穩態運行特性都可以與直流電機相媲美，因此矢量控制法在電機驅動的高端應用中得到了廣泛地普及，目前國內外極大多數的變頻器廠商在高端產品上幾乎都具備了矢量控制模式。

然而，矢量控制法從根本上來說，是一種根據電機的基本原理將電機的交流電壓和交流電流通過旋轉坐標系的坐標變換后解耦了勵磁電流和轉矩電流并加以控制的方法，在具體控制過程中大量使用了電機的定轉子電阻、電感等參數，特別是普通的無位置傳感器矢量控制，對電機參數的精度要求尤其嚴格。具體來說，要控制勵磁電流，則控制系統必須首先需要有勵磁電流的指令值。通常在執行矢量控制邏輯前，需要將電機的定轉子電阻、定轉子漏感、互感或者直軸、橫軸電感等電機參數情報輸入控制系統中，或者利用事先編制的步驟測出電機的參數值，然后計算出額定勵磁電流值并作為指令值加以控制。

例如對于異步電機而言，一般的方法是首先需要計算出或者實測出電機的額定磁鏈值和互感值，然后將額定磁鏈值除以互感值得到額定勵磁電流。在電機旋轉速度低于額定轉速時一般保持勵磁電流為一常數，而當電機旋轉速度高于額定轉速時則按轉速的反比例計算出此時的勵磁電流指令值而加以控制，而這個過程一般被稱為弱磁控制。

由于上述步驟較為繁瑣，同時由計算得到的數值有可能隨著電機的溫升、鐵心的飽和度等實際運行狀況變化，特別在通用變頻器等實際工程應用中，直流電壓由交流電源整流得到，所以一般在電機的額定轉速附近輸出電壓沒有余量。如果此時勵磁電流的指令值稍稍偏大，則容易造成電機感應電壓偏大，使得電機達到額定轉速前就因變頻器輸出電壓與感應電壓及定子壓降平衡，電機轉速不能進一步提升。另外，在電機的旋轉速度超過額定轉速時，如果不調整減小勵磁電流以適當減少電機的磁場強度，同樣電機轉速將無法繼續上升。反過來，如果勵磁電流偏小，則會造成電機沒有工作在設計動作點上，電機磁場強度不足，使得電機感應電壓偏小，此時矢量控制的電流控制環在偏小的感應電壓下，容易造成輸出電壓偏小，其結果使得同樣輸出功率時電流偏大，這不僅降低了變頻器的功率器件的利用率，而且電機的效率也隨之降低。

本發明提出的勵磁電流動態控制法，利用調整勵磁電流的大小來調整電機感應電勢，使變頻器的輸出電壓工作在指定的電壓上。其原理簡單可靠，可有效地控制勵磁電流工作在最優動作點，使整個電機矢量控制系統合理運行。

發明內容

本發明旨在為電機矢量控制法提供一種簡單實用的勵磁電流動態控制法，其特征在于包含如下技術內容：

(1)利用VVVF控制法中常用的輸出電壓/頻率曲線(V/F曲線)，建立起一張輸出線電壓/轉子頻率的表格。輸出線電壓/頻率曲線可以簡單地設置為圖1所示的直線①；考慮到電機的不同負載特性，也可以設置為圖1中所示的S曲線②，或者設置為曲線③或曲線④，或者設置為用戶自定義特性曲線。這些曲線代表著電機運行時轉子頻率和電機輸出線電壓之間的一個最優的關系。

(2)有位置傳感器矢量控制時，控制系統可根據位置傳感器計算出當前電機的轉子運行頻率f_r或轉子角頻率ω_r；而在無位置傳感器矢量控制時，控制系統有一套電機轉子位置推算邏輯，可以推測出當前電機的轉子運行頻率f_r或轉子角頻率如圖2所示的無位置傳感器矢量控制系統，便可以在速度觀測器模塊(Speed?Observer)中，通過電流電壓信息推算出當前電機的轉子運行頻率f_r和轉子角頻率