[發(fā)明專利]內(nèi)置式永磁同步電機(jī)弱磁控制方法

有效

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• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103701384A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余駿;王國強(qiáng);康現(xiàn)偉;盧家斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中冶南方（武漢）自動化有限公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于內(nèi)置式永磁同步電機(jī)領(lǐng)域，具體應(yīng)用于需要大調(diào)速范圍的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的弱磁控制。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)是將繞線式同步電機(jī)的直流勵磁繞組用永磁體代替。它的優(yōu)點(diǎn)是和異步電機(jī)相比，沒有了勵磁繞組銅損，具有很高的功率密度，因此電機(jī)效率很高，轉(zhuǎn)子的慣量較小，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也很高。由于以上的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在中小功率電動汽車一般都會選擇永磁同步電機(jī)作為汽車的牽引電機(jī)。

永磁同步電機(jī)分為面裝式和內(nèi)置式兩種。面裝式電機(jī)的永磁體均勻地安裝在轉(zhuǎn)子的表面，因此它的勵磁磁場也是均勻的，d軸和q軸方向上的勵磁電感也是相同的。而內(nèi)置式電機(jī)正好相反，它的勵磁磁場不均勻的，d軸和q軸方向上的勵磁電感也不相同的，一般的d軸電感會小于q軸電感。由于這個區(qū)別，決定了兩種電機(jī)不同的特點(diǎn)，面裝式電機(jī)的控制簡單，而且弱磁很容易實(shí)現(xiàn)，但它的輸出轉(zhuǎn)矩較小，而且弱磁范圍很窄，一般高于額定轉(zhuǎn)速一小段范圍后，永磁體的磁場就會減小到極限，即使再增大退磁電流，弱磁的效果也非常小，從而電機(jī)達(dá)到極限轉(zhuǎn)速。內(nèi)置式電機(jī)雖然控制會復(fù)雜很多，弱磁控制很困難，但它可提供磁阻轉(zhuǎn)矩，理論上只要電機(jī)參數(shù)合理，可達(dá)到無窮大轉(zhuǎn)速，實(shí)際中，好的弱磁控制可使調(diào)試范圍可達(dá)到基頻的4～8倍。因此，現(xiàn)在的電動汽車一般使用的是內(nèi)置式永磁同步電機(jī)。

內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的弱磁一直是這種電機(jī)使用的一個難點(diǎn)。最容易實(shí)現(xiàn)的方法是公式計(jì)算法，即根據(jù)電機(jī)參數(shù)和工況，計(jì)算出電機(jī)在弱磁區(qū)的各個切換點(diǎn)，在不同的點(diǎn)，用不同的方法計(jì)算電機(jī)的參考電流和電壓指令。但這種方法的問題是切換點(diǎn)的計(jì)算完全依賴電機(jī)參數(shù)準(zhǔn)確性，因此在實(shí)際使用，由于計(jì)算的切換點(diǎn)和實(shí)際切換的偏差，會引起電機(jī)工況突變，和逆變器過流。

另一種方法是根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析出電機(jī)的各個工作點(diǎn)，并將這些數(shù)據(jù)存儲在電機(jī)控制器的內(nèi)存中，在電機(jī)使用時，實(shí)時的通過查表來規(guī)劃電機(jī)的工作點(diǎn)的軌跡。這種方法的問題在于，對于不同的電機(jī)，都需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，不具備可移植性。

現(xiàn)在使用最廣泛的方法是負(fù)磁鏈電流補(bǔ)償法，它在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的基礎(chǔ)上增加了一個輸出電壓矢量幅值控制。在未進(jìn)入弱磁區(qū)時，輸出電壓矢量幅值控制不工作，轉(zhuǎn)速環(huán)得到總的電流矢量幅值指令值然后通過磁鏈軸（d軸）和轉(zhuǎn)矩軸（q軸）的電流分配，得到d軸和q軸兩個電流PI調(diào)節(jié)器的電流指令值電流調(diào)節(jié)器輸出兩個軸的輸出電壓指令值當(dāng)進(jìn)入弱磁區(qū)后，輸出電壓矢量幅值控制開始工作，它將d軸和q軸兩個電流PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓指令值的平方和與能得到的最大輸出電壓矢量值u_smax進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使電機(jī)控制器的輸出電壓保持在線性區(qū)，調(diào)節(jié)器輸出對d軸電流進(jìn)行補(bǔ)償，使其向負(fù)的方法移動，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作點(diǎn)按電壓軌跡進(jìn)行弱磁。

負(fù)磁鏈電流補(bǔ)償法的問題在于，隨之轉(zhuǎn)速的不斷升高，負(fù)磁鏈電流補(bǔ)償法的穩(wěn)定性嚴(yán)重下降。在弱磁區(qū)，負(fù)磁鏈電流補(bǔ)償使d軸上負(fù)電流幅值不斷增加，對應(yīng)的d軸電壓的幅值也增加，反而使得為增大的趨勢，它是通過不斷減小中，q軸電流所占的比例，即來減小q軸電壓u_q，從而保持這其實(shí)是一種間接地保持輸出電壓等于u_smax。一方面既要滿足弱磁的要求，另一方面，是的函數(shù)，即我們要通過滿足輸出電壓等于u_smax，即d軸和q軸的電流調(diào)節(jié)器都受的影響，是耦合在一起的，而這兩方面要求有時是矛盾的。因此該方法的穩(wěn)定性隨轉(zhuǎn)速下降，而且輸出電壓矢量幅值控制的比例-積分（PI）控制器參數(shù)由于上面所提到的兩個方面的約束，非常難以設(shè)計(jì)，要反復(fù)地嘗試，往往只能將控制器設(shè)計(jì)為積分型（I），若加入比例（P），系統(tǒng)很可能會不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種內(nèi)置式永磁同步電機(jī)弱磁控制方法，不依賴電機(jī)參數(shù)，并且在調(diào)節(jié)時提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種內(nèi)置式永磁同步電機(jī)弱磁控制方法，其特征在于：它包括以下步驟：

步驟一、在非弱磁區(qū)域時，進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制：

轉(zhuǎn)速環(huán)輸出為轉(zhuǎn)矩軸即q軸的電流指令值磁鏈軸即d軸的電流指令值由根據(jù)MTPA關(guān)系計(jì)算得到；和它們的實(shí)際反饋值i_d、i_q進(jìn)行閉環(huán)控制，輸出得到d軸和q軸的電壓指令值

步驟二、差值限幅處理：

首先判斷是否進(jìn)入弱磁區(qū)域：將和最大輸出電壓u_smax進(jìn)行比較，差值為若Δu＜0，說明開始進(jìn)入弱磁區(qū)域；