[發(fā)明專利]永磁同步電機(jī)的弱磁控制方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711381415.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107968609B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許永久;孫珊;康莉莉;孫開(kāi)意;陳瑞涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車唐山機(jī)車車輛有限公司
• 主分類號(hào): H02P21/22
• 分類號(hào): H02P21/22
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 劉丹;黃健

本發(fā)明提供一種永磁同步電機(jī)的弱磁控制方法和裝置，應(yīng)用于軌道車輛上，包括：在電機(jī)運(yùn)行的第一時(shí)段檢測(cè)到電機(jī)的第一端電壓低于逆變器的第一直流側(cè)電壓，向電機(jī)輸出第一電流超前角，第一電流超前角為電機(jī)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，逆變器為電機(jī)提供三相交流電；在電機(jī)運(yùn)行的第二時(shí)段檢測(cè)到電機(jī)的第二端電壓高于逆變器的第二直流側(cè)電壓，向電機(jī)輸出第二電流超前角，第二時(shí)段為第一時(shí)段之后的時(shí)段，第二電流超前角大于第一電流超前角，第二直流側(cè)電壓大于第一直流側(cè)電壓，第二電流超前角用于對(duì)電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。本發(fā)明的方法，當(dāng)永磁同步電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速以下時(shí)，能有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩增大軌道車輛的牽引力，可以由額定轉(zhuǎn)速以下平滑切換到額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有軌車輛電動(dòng)機(jī)運(yùn)行技術(shù)，尤其涉及一種永磁同步電機(jī)的弱磁控制方法和裝置。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)與一般電機(jī)相比有效率高、功率密度高、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已成為軌道車輛牽引系統(tǒng)中的重要研究對(duì)象。永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定子電流矢量既不能超過(guò)電壓極限橢圓，也不能超出電流極限圓，一定要在電壓極限橢圓和電流極限圓內(nèi)。當(dāng)永磁電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)相電壓已經(jīng)達(dá)到直流側(cè)電壓最大值，通過(guò)調(diào)整電壓獲得更高的轉(zhuǎn)速已經(jīng)不太可能，因此需要對(duì)永磁同步電機(jī)采用弱磁控制的方法來(lái)提高轉(zhuǎn)速。

目前，永磁同步電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下大多采用d軸電流為零(i_d＝0)的控制方式。此時(shí)定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩中只有永磁轉(zhuǎn)矩分量，電動(dòng)機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速以下的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。隨著永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，電壓極限圓隨之向中心點(diǎn)收縮，當(dāng)電壓橢圓收縮過(guò)程中經(jīng)過(guò)電機(jī)工作點(diǎn)時(shí)，電機(jī)能夠正常跟蹤該交點(diǎn)，若轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高該交點(diǎn)就將位于橢圓之外而使電機(jī)無(wú)法跟蹤。于是電流矢量的末端點(diǎn)也隨之沿給定轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的恒轉(zhuǎn)矩曲線移動(dòng)，直至電流極限圓處。因此需要根據(jù)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程、電壓極限圓方程和給定電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算得到交直軸電流給定值。電機(jī)的電流矢量將沿著恒轉(zhuǎn)矩曲線運(yùn)行。

但是，用d軸電流為零(i_d＝0)控制時(shí)，永磁同步電動(dòng)機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速以下的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，由于沒(méi)有考慮電樞反應(yīng)對(duì)永磁同步電機(jī)的去磁問(wèn)題，因此沒(méi)有最大限度的利用電源電壓；隨著轉(zhuǎn)速的增加，當(dāng)達(dá)到額定速度時(shí)，由i_d＝0到弱磁控制會(huì)有明顯的切換過(guò)程，影響電機(jī)轉(zhuǎn)速的平滑過(guò)渡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種永磁同步電機(jī)的弱磁控制方法，當(dāng)永磁同步電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速以下時(shí)，能有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩來(lái)增大軌道車輛的牽引力，可以由額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行平滑切換到額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行。

本發(fā)明一方面提供一種永磁同步電機(jī)的弱磁控制方法，應(yīng)用于軌道車輛上，包括：

在電機(jī)運(yùn)行的第一時(shí)段檢測(cè)到所述電機(jī)的第一端電壓低于逆變器的第一直流側(cè)電壓，向所述電機(jī)輸出第一電流超前角，所述第一電流超前角用于為所述電機(jī)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，所述逆變器為所述電機(jī)提供三相交流電；

在所述電機(jī)運(yùn)行的第二時(shí)段檢測(cè)到所述電機(jī)的第二端電壓高于所述逆變器的第二直流側(cè)電壓，向所述電機(jī)輸出第二電流超前角，所述第二時(shí)段為所述第一時(shí)段之后的時(shí)段，所述第二電流超前角大于所述第一電流超前角，所述第二直流側(cè)電壓大于所述第一直流側(cè)電壓，所述第二電流超前角用于對(duì)所述電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。

進(jìn)一步的，所述向所述電機(jī)輸出第一電流超前角之前，還包括：

獲取所述電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線；

根據(jù)所述最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線確定所述電機(jī)的定子電流矢量，根據(jù)所述定子電流矢量確定所述第一電流超前角。

進(jìn)一步的，所述獲取所述電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線，包括：

建立直軸電流id和交軸電流iq坐標(biāo)系，在所述坐標(biāo)系中，根據(jù)電機(jī)參數(shù)繪制多個(gè)電流極限圓和多個(gè)恒轉(zhuǎn)矩曲線，每個(gè)所述電流極限圓均與所有的所述恒轉(zhuǎn)矩曲線有交點(diǎn)；