[發明專利]永磁同步電機方波弱磁控制方法

有效

• 申請號: 201811148882.0
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109245641B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 劉計龍;肖飛;張偉偉;連傳強;高山;麥志勤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發明提供了一種永磁同步電機方波弱磁控制方法，包括以下步驟：DSP芯片的每個采樣周期內，將采樣得到的轉子位置信息和轉速信息發送至FPGA芯片；FPGA芯片內將采樣得到的離散轉子位置信號進行重構；FPGA芯片縮短原始離散轉子位置信號的離散周期生成新的轉子位置信號；重構出的轉子位置信號認為是近似連續轉子位置信號；DSP芯片的每個采樣周期內，DSP芯片把電壓相量角發送給FPGA芯片；FPGA芯片依據電壓向量角將重構出的轉子位置信號進行移相處理，得到方波驅動脈沖相位角；FPGA芯片根據方波驅動脈沖相位角生成三相驅動脈沖，實現從方波驅動脈沖相位的精確控制。本發明通過改進方波驅動脈沖的生成方式，大幅改善方波弱磁控制的驅動脈沖正負半周不對稱問題。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機控制技術領域，具體涉及一種永磁同步電機方波弱磁控制方法。

背景技術

和異步牽引電機相比，永磁同步牽引電機具有功率因數高、系統效率高、轉矩密度大、變頻器容量小和動態響應能力強的優點。尤其是最近的二十年內，稀土永磁材料快速發展，新型永磁材料具有高剩磁密度、高磁能積和高矯頑力等特點，使得永磁同步電機得到快速發展。尤其是在軌道交通電力牽引系統中，永磁同步牽引電機表現出巨大的應用潛力。應用到牽引系統的永磁同步電機一般為內置式永磁同步電機，其具有較大的轉矩密度和功率密度、磁路氣隙小、機械強度高，最重要的是其具備較強的過轉矩輸出能力，這一特點非常適合車輛牽引系統

在很多情況下，永磁同步電機需要在基速以上運行。其在基速以上運行時，為了不產生過高的反電動勢，需要對其進行弱磁控制。傳統的弱磁控制方式調整電機的d軸電流，負的d軸電流可以對電機進行弱磁，阻止其反電動勢的升高，這種控制方式是一種矢量控制方式。然而這種傳統弱磁控制方式存在一些限制和不足，主要表現在以下兩個方面。

第一是變頻器開關頻率較高和損耗較大。電機在基速以上運行時，電機電頻率較高，可以達到電機額定頻率的三倍或更高。為了在非常高的電頻率下完成對電機的矢量控制，變頻器需要工作在比較高的開關頻率，并由此帶來較大的開關損耗。較大的開關損耗不利于變頻器工作效率的提高，同時也給變頻器的散熱器設計帶來較大的壓力，造成裝置體積重量過大。尤其是在軌道交通牽引系統中，裝置需要小型化、輕量化，并且車輛底部通常不具備水冷散熱條件，限制變頻器只能工作在較低的開關頻率下。

第二是系統的直流母線利用率不高。在矢量控制方式下，電機端口線電壓的峰值必須小于直流母線電壓，而且要保留一定的裕量。如果電機端口線電壓峰值接近直流母線電壓，會造成電流環調節器飽和，導致系統不穩定。如果電機端口電壓可以進一步提高，就意味著更大的電磁轉矩輸出，就意味著更高的直流母線利用率。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的缺陷，提供一種新的永磁同步電機方波弱磁控制方法，該方波弱磁控制方法通過改進方波驅動脈沖的生成方式，大幅改善方波弱磁控制的驅動脈沖正負半周不對稱問題。

本發明提供了一種永磁同步電機方波弱磁控制方法，其特征在于以下步驟：

a.DSP芯片的每個采樣周期內，將采樣得到的轉子位置信息和轉速信息發送至FPGA芯片；

b.FPGA芯片內將采樣得到的離散轉子位置信號進行重構；FPGA芯片縮短原始離散轉子位置信號的離散周期生成新的轉子位置信號；重構出的轉子位置信號認為是近似連續轉子位置信號；

c.DSP芯片的每個采樣周期內，DSP芯片把電壓相量角α發送給FPGA芯片；

d.FPGA芯片依據電壓相量角α將重構出的轉子位置信號進行移相處理，得到方波驅動脈沖相位角θ_b，

e.FPGA芯片根據方波驅動脈沖相位角θ_b生成三相驅動脈沖，實現從方波驅動脈沖相位的精確控制。