[發明專利]一種基于鐵芯損耗的超高速永磁同步電機直接轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201710838897.9
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107493051B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 郭健;錢抒婷;吳益飛;仲露;沈宏麗;洪宇;林立斌;黃迪;王天野;周夢蘭
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30;H02P21/00;H02P21/14;H02P21/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發明提出一種基于鐵芯損耗的超高速永磁同步電機直接轉矩控制方法。本發明公開了一種基于鐵芯損耗的超高速永磁同步電機數學建模方法，在使用直接轉矩控制方法對電機轉速進行控制時，使用的電壓方程、磁鏈方程和轉矩方程；其中，磁鏈通過有限元分析法所得的三相電流計算得到，電壓方程中考慮了鐵芯損耗，將鐵芯損耗轉化為等效電阻。本發明方法可應用于基于無傳感器轉速估計的超高速永磁同步電機控制系統中，能有效減小無傳感器轉速估計中因為鐵芯損耗而引起的角度誤差。

技術領域

本發明屬于超高速電機控制技術領域，特別是一種基于鐵芯損耗的超高速永磁同步電機直接轉矩控制方法

背景技術

超高速永磁同步電機具有重量輕、體積小、功率密度高、可靠性高、動態響應性能好等優點，在工業制造、航空航天、能源、醫療和國防工業等多個領域的應用前景愈發廣闊。其相關技術的發展適應于當代超高速和超精度工業加工技術的發展潮流，推動現代工業和科學技術的飛速發展，超高速永磁同步電機的相關技術成為了當前的研究熱點。

超高速永磁同步電機在高速運行時，由于激發電流頻率非常高，為了承受機械應力應選擇低損耗材料。此外，由于其在高速區域中的魯棒性弱，不能使用諸如編碼器和分解器的角度檢測傳感器。因此，無傳感器轉速控制是必要的。

然而，在高速電機技術中存在著挑戰性問題：如需要堅固的機械結構，材料要求有低損耗的硅鋼和高拉伸強度等性能，以及控制問題，例如脈寬調制(PWM)延遲，脈寬調制失真和鐵損耗。此外，一般的永磁同步電動機(PMSM)控制中通常會忽略鐵損。鐵損除了會降低電機效率，還會改變永磁同步電機的動態模型。由于在傳統的無傳感器方法中沒有考慮鐵損，其估計的角速度誤差隨著速度增加而穩定地增長。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于鐵芯損耗的超高速永磁同步電機直接轉矩控制方法，消除了電機高速運行時，無傳感器轉速估計中產生的角度誤差，提高電機性能。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于鐵芯損耗的超高速永磁同步電機直接轉矩控制方法，在使用直接轉矩控制方法對電機轉速進行控制時，使用的電壓方程、磁鏈方程和轉矩方程如下所示：

d-q兩相旋轉坐標系下的定子磁鏈方程為：

ψ_d＝L_di_dm+ψ_m

ψ_q＝L_qi_qm

式中，ψ_d，ψ_q為d-q兩相旋轉坐標系下定子磁鏈在d軸和q軸上的分量，L_d和L_q為d-q兩相旋轉坐標系下電感在d軸和q軸上的分量，i_dm，i_qm為d-q兩相旋轉坐標系下實際電流在d軸和q軸上的分量，ψ_m為磁鐵磁鏈；

d-q兩相旋轉坐標系下的電壓方程如下所示：

式中，p為微分算子，R_m為考慮鐵芯鐵損后的超高速永磁同步電機電阻值，且R_s是定子電阻，R_i為鐵芯損耗的等效電阻，用于反映超高速永磁同步電機中的鐵芯損耗，v_d、v_q、i_d、i_q、L_d以及L_q分別為d-q兩相旋轉坐標系下的電壓值、電流值和電感值，ψ_m為磁鐵磁鏈，ω_e為電機轉速；

其中，鐵芯損耗的等效電阻P_i為總的鐵芯損耗，且有：