[發明專利]永磁同步電機恒功率寬調速控制方法

有效

• 申請號: 201110175547.1
• 申請日: 2011-06-27
• 公開（公告）號: CN102255586A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 黃聲華;王怡華;寧國云
• 申請（專利權）人: 大禹電氣科技股份有限公司
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02J3/38
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鄧寅杰

技術領域

本發明屬于電動機控制和電力電子技術領域，具體涉及永磁同步電機恒功率寬調速控制方法。

背景技術

永磁同步電機以其優良的特性(體積小、運行效率高、功率因數高等等)越來越廣泛地應用到各個領域，在許多應用場合(如機床主軸驅動系統、電動車驅動裝置等等)，要求永磁同步電機在額定轉速以上的恒功率區有較寬的調速范圍。在恒功率調速區間，由于永磁電機的繞組反電勢已接近電機外部電源電壓，所以需要采用弱磁調速控制方法，即通過削弱永磁同步電機氣隙磁場，降低電機繞組的反電勢，外部電源才能有效提供永磁同步電機電流和功率，實現永磁同步電機的額定轉速以上的恒功率區調速。但永磁同步電機采用永磁體勵磁，而永磁體具有很強的磁動勢，通過控制電樞電流產生的磁勢對電機氣隙去磁效果有限，因此限制了永磁同步電機在恒功率區的調速范圍。

發明內容

本發明的目的就是提出一種永磁同步電機恒功率寬調速控制方法，該方法能有效擴展永磁同步電機恒功率區的調速范圍。

本發明為實現上述發明目的的技術方案如下：永磁同步電機恒功率寬調速控制方法，其不同之處在于：采用帶高頻整流器的四象限變頻器控制驅動永磁同步電機，當永磁同步電機工作在額定轉速以內時，控制高頻整流器輸出額定直流母線電壓；而當永磁同步電機工作在額定轉速以上時，控制高頻整流器輸出電壓高于額定直流母線電壓，使永磁同步電機額定轉速以上運行時，外加到永磁同步電機的端電壓高于電機繞組的感應電勢，從而使得永磁同步電機的轉速超過額定轉速。

按以上方案，通過檢測永磁同步電機轉速確定高頻變頻器直流母線的電壓給定值，當電壓給定值高于電網電壓峰值后，控制高頻整流器工作在BOOST升壓載波狀態，使變頻器直流母線電壓超過電網電壓的峰值。

按以上方案，當變頻器直流母線達到最大給定值后，采用矢量控制策略，增加電機中d軸去磁電流，削弱電機氣隙中的主磁場，進一步提升永磁電機的轉速。

按以上方案，高頻整流器工作在BOOST升壓工況采用電壓和電流雙閉環控制；根據永磁同步電機的給定轉速，計算高頻整流器對應的直流母線電壓給定值，通過電壓調節器閉環調節直流母線電壓至給定值，電壓調節器輸出值為電流閉環的電流給定幅值，然后再檢測電網電壓的相位并通過坐標變換實現電網電流與電網電壓相位一致的控制策略，在滿足高頻整流器直流母線電壓等于設定值的條件下，達到最小諧波的電流控制方式。

按以上方案，當永磁同步電機工作在制動工況時，控制變頻器中的逆變器將永磁同步電機制動發電電能泵升到直流母線的儲能電容中，同時控制變頻器中的高頻整流器工作在能量回饋狀態，將儲能電容中的電能回送給電網，達到節能運行的目的。

對比現有技術，本發明的有益效果如下：當永磁同步電機工作到額定轉速以上的恒功率區后，控制主電路中高頻整流器工作在BOOST升壓工況，并跟蹤永磁電機的轉速，不斷調整加到永磁同步電機端電壓，滿足永磁同步電機升速后反電勢的增長需求，達到擴展永磁同步電機恒功率區的調速范圍。

本發明通過提升變頻器直流母線電壓并結合對電機氣隙弱磁的方法，在永磁同步電機額定轉速以上恒功率區獲得更寬調速范圍的新方法。

附圖說明

圖1是本發明永磁同步電機的四象限變頻器主電路拓撲；

圖2是本發明提升直流母線電壓的電路原理圖；

圖3a是本發明提升直流母線電壓時的電網電壓、電流波形圖；

圖3b是本發明永磁同步電機制動工況時的電網電壓、電流波形圖；

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明具體實施方式。

如圖1所示，本發明提供一種驅動永磁同步電機的四象限變頻器主電路拓撲，圖1中四象限變頻器主電路拓撲主要由高頻整流器I、直流母線上的儲能電容C和逆變器組II成。根據永磁同步電機的運行狀態，高頻整流器既可以工作在整流工況，又可以工作在有源逆變工況(即能量回饋工況)。當永磁同步電機工作在電動狀態時，控制高頻整流器工作在整流工況，電網通過高頻整流器提供永磁同步電機有功電能并轉變為機械能驅動負載運動；當永磁同步電機工作在制動狀態時，控制高頻整流器工作在能量回饋工況，將永磁同步電機制動機械能轉變的電能回送給電網，可以大大提高整個系統的運行效率。