[發明專利]一種永磁同步電機的內功率因數角檢測方法

有效

• 申請號: 201510867496.7
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105720876B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 和陽;朱紀洪;張尚敏
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/022
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，涉及一種永磁同步電機的內功率因數角檢測方法，該方法適用于航空航天、軍事裝備以及工業生產中對高精度電動伺服系統的控制。

背景技術

目前高精度機電伺服系統采用的矢量控制方法，需要精確實時的檢測轉子位置角θ及空載反電勢與定子電樞電流相量的夾角(內功率因數角)ψ，以用于對電樞電流進行坐標變換，將定子坐標下電樞電流變換為旋轉坐標下dq軸電流并實施控制。內功率因數角ψ的獲取是實現坐標變換的關鍵，通常的方法需要用電流傳感器對各相定子電流進行精確實時地檢測。將所測量定子坐標下的相電流利用Clarke變換解算出正交靜止αβ坐標下電樞電流i_α、i_β，進而根據轉子位置角θ并利用Park變換將i_α、i_β變換為正交旋轉dq坐標下兩個直流電流i_d、i_q。根據上述坐標變換，利用解算出內功率因數角。

傳統方法對電流檢測與解算的可靠性、精確度和實時性，以及信號的處理速度都要求很高。尤其是在電流傳感器出現故障導致電流檢測異常，或是有負載擾動和轉子磁鏈波動導致相電流發生畸變的情況下，傳統方法解算的內功率因數角ψ會產生很大的影響，上述問題將直接影響系統控制性能。

發明內容

針對矢量控制中傳統方法求解內功率因數角，需要可靠測量各相定子電流，存在計算復雜、魯棒性差等問題，本發明提出一種永磁同步電機的內功率因數角檢測方法。通過獨立測量若干各相電流過零時的相位并取中值，從而獲得電機內功率因數角。本發明特征在于含有以下步驟：

(1)所述控制器內部定時中斷服務程序以周期T_s定時采樣電流傳感器信號，獲得所述相電流i₁，同時通過位置傳感器獲取所述轉子位置電角度θ。

(2)對一個電氣周期內所述相電流的正負向兩個過零點的角度范圍進行歸零化處理得到θ₁，使正向過零點所在的[270°,90°)范圍和反向過零點所在的[90°,180°)范圍的轉子位置電角度均映射到[-90°,90°)。以便由正反兩個過零點計算相電流與空載反電勢的相位差時，具有相同的計算結果。其歸零化方法為：對于兩相電機A相繞組，當θ∈[270°,360°)時，則θ₁＝θ-360°；當θ∈[90°,270°)時，θ₁＝θ-180°；當θ∈[0°,90°)時，θ₁＝θ。對于B相繞組，當θ∈[0°,180°)時，θ₁＝θ-90°；當θ∈[180°,360°)時，θ₁＝θ-270°。對于三相及三相以上的N相電機的第k相繞組，令θ′＝θ-360°×(k-1)/N，然后按兩相電機A相繞組的歸零化方法，用θ′替代其中的θ進行計算得到所述歸零化后轉子位置電角度θ₁。

(3)判斷所述相電流過零點：所述相電流的前一周期采樣值i₀與當前周期采樣值i₁相比較，當符號相異時計算所述相電流的變化量Δi＝i₁-i₀，并執行步驟(4)，否則執行步驟(6)。

(4)當滿足步驟(3)的條件時，根據步驟(3)所計算的所述相電流變化量Δi的絕對值是否超過預設的電流變化量閾值i_Th，選擇計算第k相電流內功率因數角ψ_k的公式：

式中，θ₀和θ₁分別為前一周期和當前周期所測轉子位置歸零化后電角度。

(5)根據獨立測量的所述各相內功率因數角Ψ_k，取中值得到所述電機內功率因數角Ψ；

(6)將所述相電流本次采樣值i₁保存為所述i₀，將所述轉子位置歸零化后的電角度θ₁保存為θ₀，供下一拍對相電流過零判斷和計算內功率因數角時使用。

本發明的優點在于：

(1)通過測量一個電周期內兩個過零時刻相電流的相位，即可獲得內功率因數角，物理概念清晰，無需做實時坐標變換，減少了算法復雜度。

(2)僅在電流過零時刻測量，避免了整個電周期內，因電流畸變引起解算誤差的問題，提高了測量的魯棒性。