[發(fā)明專利]一種永磁同步電機(jī)的內(nèi)功率因數(shù)角檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510867496.7
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105720876B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 和陽;朱紀(jì)洪;張尚敏
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司11250
• 代理人: 張建綱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種永磁同步電機(jī)的內(nèi)功率因數(shù)角檢測方法，該方法適用于航空航天、軍事裝備以及工業(yè)生產(chǎn)中對高精度電動(dòng)伺服系統(tǒng)的控制。

背景技術(shù)

目前高精度機(jī)電伺服系統(tǒng)采用的矢量控制方法，需要精確實(shí)時(shí)的檢測轉(zhuǎn)子位置角θ及空載反電勢與定子電樞電流相量的夾角(內(nèi)功率因數(shù)角)ψ，以用于對電樞電流進(jìn)行坐標(biāo)變換，將定子坐標(biāo)下電樞電流變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下dq軸電流并實(shí)施控制。內(nèi)功率因數(shù)角ψ的獲取是實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換的關(guān)鍵，通常的方法需要用電流傳感器對各相定子電流進(jìn)行精確實(shí)時(shí)地檢測。將所測量定子坐標(biāo)下的相電流利用Clarke變換解算出正交靜止αβ坐標(biāo)下電樞電流i_α、i_β，進(jìn)而根據(jù)轉(zhuǎn)子位置角θ并利用Park變換將i_α、i_β變換為正交旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)下兩個(gè)直流電流i_d、i_q。根據(jù)上述坐標(biāo)變換，利用解算出內(nèi)功率因數(shù)角。

傳統(tǒng)方法對電流檢測與解算的可靠性、精確度和實(shí)時(shí)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(xiàn)故障導(dǎo)致電流檢測異常，或是有負(fù)載擾動(dòng)和轉(zhuǎn)子磁鏈波動(dòng)導(dǎo)致相電流發(fā)生畸變的情況下，傳統(tǒng)方法解算的內(nèi)功率因數(shù)角ψ會(huì)產(chǎn)生很大的影響，上述問題將直接影響系統(tǒng)控制性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對矢量控制中傳統(tǒng)方法求解內(nèi)功率因數(shù)角，需要可靠測量各相定子電流，存在計(jì)算復(fù)雜、魯棒性差等問題，本發(fā)明提出一種永磁同步電機(jī)的內(nèi)功率因數(shù)角檢測方法。通過獨(dú)立測量若干各相電流過零時(shí)的相位并取中值，從而獲得電機(jī)內(nèi)功率因數(shù)角。本發(fā)明特征在于含有以下步驟：

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

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

(3)判斷所述相電流過零點(diǎn)：所述相電流的前一周期采樣值i₀與當(dāng)前周期采樣值i₁相比較，當(dāng)符號相異時(shí)計(jì)算所述相電流的變化量Δi＝i₁-i₀，并執(zhí)行步驟(4)，否則執(zhí)行步驟(6)。

(4)當(dāng)滿足步驟(3)的條件時(shí)，根據(jù)步驟(3)所計(jì)算的所述相電流變化量Δi的絕對值是否超過預(yù)設(shè)的電流變化量閾值i_Th，選擇計(jì)算第k相電流內(nèi)功率因數(shù)角ψ_k的公式：

式中，θ₀和θ₁分別為前一周期和當(dāng)前周期所測轉(zhuǎn)子位置歸零化后電角度。

(5)根據(jù)獨(dú)立測量的所述各相內(nèi)功率因數(shù)角Ψ_k，取中值得到所述電機(jī)內(nèi)功率因數(shù)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(zhuǎn)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(jì)算內(nèi)功率因數(shù)角時(shí)使用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)通過測量一個(gè)電周期內(nèi)兩個(gè)過零時(shí)刻相電流的相位，即可獲得內(nèi)功率因數(shù)角，物理概念清晰，無需做實(shí)時(shí)坐標(biāo)變換，減少了算法復(fù)雜度。

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