[發明專利]一種基于變勵磁電流的電機零頻穿越方法

在審

• 申請號: 202210496762.X
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114744937A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 楊凱;李孺涵;羅成;鄭逸飛;徐智杰;姜峰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14;H02P21/22;H02P21/28
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 張英

本發明提供一種基于變勵磁電流的電機零頻穿越方法，包括：構建電機無速度傳感器矢量控制系統，獲取矢量控制系統的不穩定邊界所對應的定子電流頻率的限制值，若電機的定子電流頻率等于所述定子電流頻率的限制值，增大電機勵磁電流，減小電機滑差轉速的絕對值，使得電機的定子電流頻率大于所述定子電流頻率的限制值；在合適的穿越工況點以較大幅度更改感應電機的勵磁電流，使感應電機的運行工況點快速穿越定子電流零頻區域使所述電機主動穿越定子電流零頻區域，保證感應電機的定子電流頻率大于定子電流頻率的限制值，從而避免感應電機在恒定轉子轉速、負載轉矩改變時定子電流頻率接近零頻而導致的轉子轉速不可觀測與系統失穩的問題。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，尤其涉及一種基于變勵磁電流的電機零頻穿越方法。

背景技術

隨著感應電機的不斷推廣，其無速度傳感器控制技術憑借低制造成本、高可靠性能等優點獲得廣泛的關注與應用。感應電機的無速度傳感器矢量控制系統在轉子轉速的中高速區間表現良好，但在低轉子轉速區間的表現不盡如人意。究其原因，感應電機的無速度傳感器矢量控制技術是基于電機數學模型的控制手段；當感應電機的轉子轉速較低且因負載反向而處于發電工況時，感應電機的定子電流接近零頻，造成感應電機轉子轉速的不可觀測，進而導致其控制系統的不穩定性。

異步電機無速度傳感器矢量控制系統由于不使用速度傳感器，具有低成本、高可靠性、低維修率等優點。由于現有系統使用的自適應全階觀測器無法在同步轉速為零的時候正常工作，異步電機在零同步轉速下的轉子轉速具有不可觀測性，由此導致了異步電機無速度傳感器驅動系統在零同步轉速下難以負載穩定運行；具體表現為異步電機在起重等具有重力負載或發電運行等轉子轉速需要頻繁的進行正反切換工業領域的運用中，而異步電機無法觀測在零同步轉速下的轉子轉速；

目前可以通過采用固定系數的虛擬電壓注入技術在低速發電模式和零電流頻率以解決電機零頻不可觀的問題，實現電機零頻穩定，但在由于觀測器輸入電壓與電機的實際電壓不同，導致電機在中高轉速時轉子轉速控制精度不足，并且該方法在低速負載時需要更大的磁鏈電流，損耗較大；或采用限制方法使得電機運行工況點避開定子電流零頻區域從而實現“亞穩定性”，沒有從根本上解決定子電流零頻下的轉子轉速可觀測性和感應電機無速度傳感器矢量控制系統的全速度區間的穩定性問題。

因此，如何保證感應電機無速度矢量控制系統在定子電流接近零頻時的轉速可觀測性成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明提供一種基于變勵磁電流的電機零頻穿越方法，用于解決帶有反饋矩陣的無傳感器矢量控制系統在零同步轉速附近轉速觀測失敗的問題、以及在定子電流接近零頻時轉子轉速的可觀測性和系統在全速度區間的穩定性上存在的缺陷，在感應電機的定子電流達到限制值時，更改感應電機的勵磁電流指令，使得感應電機的定子電流頻率始終大于等于其限制值，并在合適的工況點快速更改感應電機的勵磁電流指令，使感應電機快速穿越定子電流零頻區域，保證感應電機無速度傳感器矢量控制系統轉子轉速在定子電流零頻時的可觀測性。

本發明提供的一種基于變勵磁電流的電機零頻穿越方法，包括步驟：

S1構建電機無速度傳感器矢量控制系統，獲取所述矢量控制系統穩定的邊界條件；

S2基于所述邊界條件，獲取所述矢量控制系統的不穩定邊界所對應的定子電流頻率的限制值；

S3調整電機的勵磁電流，若所述電機的定子電流頻率等于所述定子電流頻率的限制值，增大所述勵磁電流，減小電機滑差轉速的絕對值，使得所述電機的定子電流頻率大于所述定子電流頻率的限制值；

S4在預設工況點多次調整所述電機的勵磁電流指令,使所述電機主動穿越定子電流零頻區域。

進一步，步驟S1中，構建電機無速度傳感器矢量控制系統，包括步驟：

S101以所述電機的定子電流和轉子磁鏈為狀態變量，以定子電流為輸出變量，獲取兩相同步旋轉坐標系下所述電機的狀態表達式；