一種可電勵磁的交流電機控制方法
【專利摘要】一種可電勵磁的交流電機控制方法涉及發(fā)電和電動狀態(tài)下的控制方法。應(yīng)用如下裝置，裝置包括：勵磁回路、電機、變流器、控制器四部分；勵磁回路的輸入為直流電源，輸出通過電機的勵磁繞組與電機相連；勵磁回路的輸入與輸出連接方式是通過一個全控型開關(guān)元件直接連接或者兩個全控型開關(guān)元件組成的半橋連接或者四個全控型開關(guān)元件組成的H橋連接；變流器的交流側(cè)與電機的三相繞組相連，直流側(cè)與負(fù)載/電源連接；控制器通過引腳輸入的瞬時工作點參數(shù)以及內(nèi)部存儲的效率特性曲線，確定最高效工作點，并將該最高效工作點對應(yīng)的數(shù)值作為后續(xù)PI調(diào)節(jié)器的給定值；控制器控制變流器中開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷。本發(fā)明使得電機總的可控?fù)p耗減小。
【專利說明】—種可電勵磁的交流電機控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于可電勵磁的電機在發(fā)電和電動狀態(tài)下的控制方法，尤其是對三相可電勵磁的電機的可控整流/逆變及勵磁控制方法，可實現(xiàn)電機的高效運行。
【背景技術(shù)】
[0002]整流器用于將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?。傳統(tǒng)整流器采用ニ極管作為整流元件，但是其導(dǎo)通壓降大，且不可控，會引起較大的整流損耗。針對這ー缺陷，現(xiàn)已出現(xiàn)相關(guān)可控整流技術(shù)采用可控制其通/斷的全控型開關(guān)元件以降低整流損耗。該類元件特性為導(dǎo)通壓降低，且通過對該類元件的控制可以實現(xiàn)對直流側(cè)電壓/電流的幅值控制，也可實現(xiàn)對交流電壓/電流的相位、波形、幅值控制，進而實現(xiàn)整流損耗的降低。然而，可控整流技術(shù)不僅可以實現(xiàn)對直流電壓的控制，也不僅僅可以降低整流損耗，同時，根據(jù)上述對直流、交流的電壓和電流影響，可控整流還極大程度上影響著電機的銅耗。特別地，銅損、鐵耗、整流損耗這幾個可控?fù)p耗在電機總損耗中占據(jù)極大比重。另，逆變技術(shù)也有如上相同的結(jié)論。
[0003]傳統(tǒng)車用同步發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器僅僅用于直流電壓穩(wěn)定作用。然而，勵磁電流影響著電機內(nèi)部的磁密分布及磁路飽和情況，會在很大程度上影響電機的鐵損和電動勢，進而影響到繞組的電流和銅耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種可電勵磁的交流電機控制方法，其特征在于，應(yīng)用如下裝置，該裝置包括:勵磁回路1、電機2、變流器3、控制器4四部分；
[0005]勵磁回路I的輸入為直流電源UE，輸出通過電機2的勵磁繞組14與電機2相連；勵磁回路I的輸入與輸出連接方式是通過一個全控型開關(guān)元件直接連接或者兩個全控型開關(guān)元件組成的半橋連接或者四個全控型開關(guān)元件組成的H橋連接；
[0006]變流器3是由六個全控型開關(guān)元件S1-SJl-36組成的三相橋，變流器3的交流側(cè)與電機2的三相繞組相連，直流側(cè)與負(fù)載/電源連接；
[0007]控制器4是ー種微處理器；
[0008]當(dāng)控制器4的輸入包含變流器3的直流側(cè)電壓Udc時，變流器3的直流側(cè)并聯(lián)ー個電壓傳感兀件，電壓傳感兀件的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ；
[0009]當(dāng)控制器4的輸入包含變流器3的直流側(cè)電流Idc時，變流器3的直流側(cè)安裝ー個電流傳感兀件，電流傳感兀件的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ；
[0010]當(dāng)控制器4的輸入包含電機2的三相電流吋，電機2的三相繞組安裝上電流傳感元件，電流傳感元件的輸出連接控制器4的三個輸入引腳51 ；
[0011]當(dāng)控制器4的輸入包含勵磁回路I中的勵磁電流If吋，電流傳感元件安裝在勵磁回路I中，電流傳感元件的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ；
[0012]當(dāng)控制器4的輸入包含電機2轉(zhuǎn)子位置或轉(zhuǎn)速時，位置傳感元件安裝于電機2中，位置傳感器的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ；[0013]當(dāng)控制器4的輸入包含電機2的三相繞組的相電壓時，電機2的三相繞組與三個 電壓傳感元件相接，其中，每一相繞組與一個電壓傳感元件的一個輸入端相連，三相繞組的 中性點與電壓傳感元件的另一個參考輸入端相連，每一個電壓傳感元件的輸出端與控制器 4的一個輸入引腳51相連；
[0014]當(dāng)控制器4的輸入包含電機2的三相繞組的線電壓時，電機2的三相繞組與三個 電壓傳感元件相接，其中，三相繞組中的兩相與電壓傳感元件的兩個輸入端連接，每一個電 壓傳感元件的輸出端與控制器4的一個輸入引腳51相連；
[0015]控制器4的輸出引腳分為兩組，一組輸出引腳與變流器3的六支全控型開關(guān)元件 的控制端相連，分別對應(yīng)輸出的控制信號為G1?G6 ;另一組輸出引腳與勵磁回路I中的I 個或半橋中的2個或H橋中的4個全控型開關(guān)元件的控制端相連，對應(yīng)輸出的控制信號為Ge。
[0016]控制器4通過引腳51輸入瞬時工作點參數(shù)，瞬時工作點參數(shù)包括:變流器3的直 流側(cè)電壓Udc;
[0017]或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If ；
[0018]或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和變流器3的直流側(cè)電流Idc ；
[0019]或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機輸出三相電流中的兩相電流；
[0020]或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機三相電流；或變流器3的直流 偵U電壓Udc和勵磁電流If和電機三相的兩個線電壓或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電 流If和電機的三個線電壓。
[0021 ] 進一步，控制器4通過引腳51輸入的瞬時工作點參數(shù)以及內(nèi)部存儲的效率特性曲 線，確定最高效工作點，并將該最高效工作點對應(yīng)的數(shù)值作為后續(xù)PI調(diào)節(jié)器的給定值；通 過控制器4中的PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，以及信號調(diào)制器的調(diào)制，控制器4輸出控制信號G1?G6 與Ge，分別控制變流器3中六個開關(guān)元件S1-SJl-Se以及勵磁回路I中的I個或半橋中的 2個或H橋中的4個全控型開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷。
[0022]進一步，當(dāng)效率特性曲線為三維或三維以上的曲線時，對曲線進行降維處理。
[0023]本發(fā)明的任務(wù)是:一種針對可電勵磁的交流電機控制方法，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所 示，包括:勵磁回路1、電機2、變流器3、控制器4四部分。其中，電機2為一種可電勵磁的交 流電機。勵磁回路I的輸入為直流電源Ue，輸出接電機2勵磁繞組14，其作用為:通過控制 信號Ge對勵磁回路2中全控型開關(guān)元件的控制，調(diào)節(jié)勵磁電流的大小和方向，從而影響到 電機2內(nèi)部的磁密分布及磁路飽和情況，進而影響電機的鐵耗和銅耗等損耗。變流器3的 交流側(cè)與電機2的三相繞組相連，直流側(cè)與負(fù)載/電源連接，變流器3由六個全控型開關(guān)元 件31-36 (S1-S6)組成，其作用在于:通過控制信號G1-G6對全控型開關(guān)元件31-36 (S1-S6) 的導(dǎo)通和關(guān)斷控制，實現(xiàn)對部分/全部瞬時工作點的參數(shù)的調(diào)節(jié)，同時影響到電機整流損 耗和銅耗等損耗。控制器4的輸入為瞬時工作點參數(shù)，輸出為兩組控制信號Ge與匕-66，其 作用在于:根據(jù)瞬時工作點參數(shù)以及控制器內(nèi)部存儲的效率特征曲線，經(jīng)過計算分析，輸出 兩組控制信號Ge與G1-G6,并分別用于控制勵磁回路中全控型開關(guān)元件和變流器中全控型 開關(guān)元件31-36 (S1-S6)的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得電機可控?fù)p耗(銅耗、鐵耗、整流損耗等)減小， 進而提聞電機工作效率。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過在權(quán)利要求1中所述的特征來解決。本發(fā)明的其他擴展方案均從屬于權(quán)利要求主題。本發(fā)明的主要思想在于:針對可電勵磁的交流電機，根據(jù)勵磁電流對銅耗、鐵耗的影響，以及變流器控制方法對銅耗及整流損耗的影響，獲取相關(guān)的效率特性曲線，并利用效率特性曲線和瞬時工作點參數(shù)作為輸入量，設(shè)計了一種勵磁-變流器協(xié)同調(diào)節(jié)器，通過該調(diào)節(jié)器的控制，使得電機的銅耗、鐵耗等可控?fù)p耗之和降低，提高電機運行效率。
[0025]其中，瞬時工作點參數(shù)的選取是依據(jù)對效率產(chǎn)生影響的特征參數(shù)以及控制中需要用到的一些反饋量而定的。
[0026]效率特性曲線為特征參數(shù)組與效率的關(guān)系曲線，其中，特征參數(shù)組隸屬于瞬時工作點參數(shù)，是其中的一個或多個參數(shù)的組合。特別地，該特征參數(shù)組是勵磁和變流器對效率影響的重要體現(xiàn)，并且也決定著勵磁和變流器控制對效率的影響。該效率特性曲線是預(yù)先確定好并已存入控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)，在使用時可以直接讀取，無需實時測取，減小了控制器的運算時間，提高了控制器執(zhí)行效率。
[0027]其中，瞬時工作點的參數(shù)選取如下:直流母線電壓Udc或直流母線電壓Udc和勵磁電流If或直流母線電壓Udc和勵磁電流If和直流母線電流Idc或直流母線電壓Udc和勵磁電流If和電機輸出三相電流中的兩/三相或直流母線電壓Udc和勵磁電流If和電機轉(zhuǎn)速η或轉(zhuǎn)子位置Θ或直流母線電壓Udc和勵磁電流If和電機輸出三相電壓。
[0028]本發(fā)明所適用的電機類型為:可電勵磁的交流電機。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0030]1、根據(jù)瞬時工作點參數(shù)與效率特性曲線方式，采用勵磁-變流器相結(jié)合的控制方式，使得電機總的可控?fù)p耗(銅耗、鐵耗等損耗)減小，進而提聞總的電機工作效率。
[0031]2、效率特性曲線是預(yù)先確定好并已存入控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)，在使用時可以直接讀取，提高了控制器執(zhí)行效率。
[0032]3、本發(fā)明適用于適用電機范圍廣?？梢允前l(fā)電機，也可以是電動機，還可以是發(fā)電/電動一體化電機；可以是傳統(tǒng)爪極電機，也可以是混合勵磁等新型結(jié)構(gòu)電機；電機繞組連接方式采用Y型或Λ型均可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖
[0034]圖2是控制器的一種具體實施案例
[0035]圖3是降維后的If - η 二維曲線示意圖
【具體實施方式】
[0036]圖1中所示系統(tǒng)硬件組成框圖，是由勵磁回路1、電機2、變流器3、控制器4組成。其中:
[0037]勵磁回路I的輸入為直流電源Ue，輸出是通過勵磁繞組14與電機2相連的，其輸入與輸出的連接方式:可以通過一個全控型開關(guān)元件直接連接或者兩個全控型開關(guān)元件組成的半橋或者四個全控型開關(guān)元件組成的H橋連接。其作用為:通過控制信號Ge對勵磁回路2中全控型開關(guān)元件的控制，調(diào)節(jié)勵磁電流If的大小和方向，從而影響到電機2內(nèi)部的磁密分布及磁路飽和情況，進而影響電機的鐵耗和銅耗等損耗。[0038]電機2所示為ー種可電勵磁的交流電機，該電機種類不限，可以是發(fā)電機，也可以是電動機，還可以是發(fā)電/電動一體化電機；可以是傳統(tǒng)爪極電機，也可以是新型混合勵磁結(jié)構(gòu)電機等。其中，14為電機2的勵磁繞組。該繞組的連接方式并不固定，可以是Y型，也可以是A型。
[0039]變流器3是ー種由六個全控型開關(guān)元件31?36 (S1?S6)組成的三相橋。變流器3的交流側(cè)與電機2的三相繞組相連，直流側(cè)與負(fù)載/電源連接。其中變流器3的直流側(cè)連接具體為負(fù)載還是電源，取決于電機的種類(發(fā)電機、電動機、發(fā)電/電動一體化電機機)。對于發(fā)電機而言，變流器3的直流側(cè)連接負(fù)載；對于電動機而言，變流器3的直流側(cè)連接輸入的電源；對于發(fā)電/電動一體化電機而言，發(fā)電狀態(tài)運行時，變流器3的直流側(cè)對應(yīng)連接負(fù)載，電動狀態(tài)運行時，變流器3的直流側(cè)對應(yīng)連接電源。另外，勵磁回路I的外接勵磁電源Ue可以是獨立電源，也可以與變流器3的直流側(cè)連接，由變流器3的直流側(cè)電壓Udc提供電源。
[0040]控制器4通過引腳51輸入瞬時工作點參數(shù)；輸出引腳分為兩組，一組輸出引腳與變流器3的六支全控型開關(guān)元件31?36 (S1?S6)的控制端相連，分別對應(yīng)輸出的控制信號為G1?G6 ;另一組輸出引腳與勵磁回路I中的一個或半橋中的兩個或H橋中的四個全控型開關(guān)元件的控制端相連，對應(yīng)輸出的控制信號為Ge。
[0041]上述引腳51輸入的瞬時工作點參數(shù)是通過各類傳感元件實時測取的各種所需參數(shù)信息，其硬件連接方式為:當(dāng)控制器4的輸入包含變流器3的直流側(cè)電壓Udc時，變流器3的直流側(cè)并聯(lián)一個電壓傳感兀件，電壓傳感兀件的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ；當(dāng)控制器4的輸入包含變流器3的直流側(cè)電流Idc時，變流器3的直流側(cè)安裝ー個電流傳感兀件，電流傳感兀件的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ;當(dāng)控制器4的輸入包含電機2的三相電流吋，電機2的三相繞組安裝上電流傳感元件，電流傳感元件的輸出連接控制器4的三個輸入引腳51 ;當(dāng)控制器4的輸入包含勵磁回路I中的勵磁電流If吋，電流傳感元件安裝在勵磁回路I中，電流傳感元件的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ;當(dāng)控制器4的輸入包含電機2轉(zhuǎn)子位置或轉(zhuǎn)速時，位置傳感元件安裝于電機2中，位置傳感器的輸出連接控制器4的一個輸入引腳51 ;當(dāng)控制器4的輸入包含電機2的三相繞組的相電壓時，電機2的三相繞組與三個電壓傳感元件相接，其中，每ー相繞組與一個電壓傳感元件的一個輸入端相連，三相繞組的中性點與電壓傳感兀件的另ー個參考輸入端相連，姆ー個電壓傳感兀件的輸出端與控制器4的一個輸入引腳51相連；當(dāng)控制器4的輸入包含電機2的三相繞組的線電壓時，電機2的三相繞組與三個電壓傳感元件相接，其中，三相繞組中的兩相與電壓傳感兀件的兩個輸入端連接，姆ー個電壓傳感兀件的輸出端與控制器4的一個輸入引腳51相連。
[0042]在此，引腳51輸入的瞬時工作點參數(shù)使用:變流器3的直流側(cè)電壓Udc或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和變流器3的直流側(cè)電流Idc或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機轉(zhuǎn)速n或轉(zhuǎn)子位置0或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機三相相電壓或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機三相相電壓中的兩相電壓或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機的三個線電壓或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機的兩個線電壓或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機的三相電流或變流器3的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機的三相電流中的兩相電流。
[0043]控制器4的作用在于:根據(jù)瞬時工作點參數(shù)以及控制器4內(nèi)部存儲的效率特性曲 線53，經(jīng)過計算分析，輸出兩組控制信號Ge與G1-G6,并分別用于控制勵磁回路I中的全控 型開關(guān)元件和變流器3中的全控型開關(guān)元件31-36 (S1-S6)的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得電機2的可 控?fù)p耗(銅耗、鐵耗、整流損耗等)減小，進而提聞電機工作效率。
[0044]前面已經(jīng)敘述了控制器4與勵磁回路1、電機2、變流器3的外部連接關(guān)系，以及輸 入引腳51對應(yīng)的瞬時工作點參數(shù)和輸出引腳對應(yīng)的控制信號Ge與G1-G6，下面敘述控制器 4內(nèi)部的軟件組成部分。其核心組成部分為勵磁-變流器協(xié)同調(diào)節(jié)器52，該勵磁-變流器 協(xié)同調(diào)節(jié)器具有兩組輸入信號，分別為引腳51輸入的瞬時工作參數(shù)和控制器4內(nèi)部存儲的 效率特性曲線53 ;兩組輸出控制信號為21?26 (G1?G6)和27 (Ge)0其中，瞬時工作點 參數(shù)、兩組輸出控制信號21?26 (G1-G6)和27 (Ge)與前面所述相同，這里不再贅述，下 面對效率特性曲線53進行詳細(xì)描述。
[0045]效率特性曲線53為特征參數(shù)組與效率的關(guān)系曲線，其中，特征參數(shù)組隸屬于瞬時 工作點參數(shù)，是其中的一個或多個參數(shù)的組合。特別地，該特征參數(shù)組是勵磁和變流器對效 率影響的重要體現(xiàn)，并且也決定著勵磁和變流器對效率的影響。該效率特性曲線53是預(yù)先 確定好并已存入控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)，在使用時可以直接讀取，無需實時測取。
[0046]控制器4中勵磁-變流器協(xié)同調(diào)節(jié)器52的作用在于:通過輸入瞬時工作點參數(shù)與 效率特性曲線53，經(jīng)過運算與控制，再輸出控制信號G1?G6和Ge，分別控制變流器2與勵 磁回路I中各開關(guān)元件的導(dǎo)通與關(guān)斷，反而影響到瞬時工作點參數(shù)，并最終實現(xiàn)電機高效 運行的控制效果。其中，關(guān)鍵步驟在于運算與控制，下面對該步驟進行詳細(xì)說明。
[0047]該步驟為:第一步，將涉及效率特性曲線53中特征參數(shù)的一部分瞬時工作點參數(shù) 提出；第二步，根據(jù)第一步所提出的這部分瞬時工作點參數(shù)，確定當(dāng)前系統(tǒng)工況(前面提到， 瞬時工作點參數(shù)是系統(tǒng)的實時參數(shù)信息，因此，瞬時工作點參數(shù)反映了當(dāng)前系統(tǒng)工況)在效 率特性曲線53當(dāng)中對應(yīng)的區(qū)域，選定該區(qū)域中的高效率工作點，并把該高效工作點所對應(yīng) 的參數(shù)值作為后續(xù)PI調(diào)節(jié)器的給定值；第三步，通過常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器，輸出控制量，再利用 常規(guī)的調(diào)制器將控制量轉(zhuǎn)化為開關(guān)元件的控制信號G1?G6和Ge。
[0048]圖1中變流器3的全控型開關(guān)元件31?36 (S1-S6)與勵磁回路2的全控型開 關(guān)元件優(yōu)先選擇n溝道MOSFET元件?？刂破?的硬件載體選擇微處理器，包括:單片機、 DSP、FPGA, ARM、PLC中的一種或幾種組合。而控制器4為輸出的控制信號G1?G6和Ge所 涉及的運算是通過在微處理器上軟件編程完成的。勵磁回路2中輸入與輸出的連接方式， 優(yōu)先選擇H橋，因其可控制勵磁電流的大小與方向。
[0049]圖2示出了一種控制器實例，適用于一種車用發(fā)電機的控制，該應(yīng)用案例特點是: 發(fā)電機軸轉(zhuǎn)速n受引擎控制，且變流器的直流側(cè)電壓UD。需要穩(wěn)定在特定值14.5V±0.25V, 而ID。受到變流器和負(fù)載特性的共同影響。
[0050]首先，對各組成部分及其功能進行詳細(xì)論述。
[0051]圖2中，所選效率特性曲線53為If，IDC，n-n曲線，其中決定效率n的特征參數(shù)為 If、IDc:與n。該曲線可通過實驗法獲得，例:控制其中的特征參數(shù)n (1800rpm?12000rpm) 與ID。(20A?130A)為定值，使If在-7A?7A范圍內(nèi)變化，并測取不同勵磁電流值情況下 對應(yīng)的效率值n ;隨后更換n與ID。的值，重復(fù)如上步驟測取效率值n。將測取的結(jié)果通過矩陣的形式存儲于控制器中，無需實時測取，這減小了控制器的運算時間，提高了控制器執(zhí)行效率。
[0052]圖2中，所選瞬時工作點參數(shù)為UD。、If、Idc與η。其中UD。、If、Idc作為兩個閉環(huán)控制器55和57所需的反饋信號；同時，Idc與η結(jié)合效率特性曲線53用于獲取高效工作點所對應(yīng)的參數(shù)值，隨后將該參數(shù)值作為PI調(diào)節(jié)器的給定值。
[0053]圖2中所示勵磁-變流器協(xié)同調(diào)節(jié)器52主要由高效工作點選擇給定器54、Udc_Idc雙閉環(huán)PI控制器55、變流器信號調(diào)制器56、If閉環(huán)PI控制器57、勵磁信號調(diào)制器58組成。
[0054]其中，高效工作點選擇給定器54作用為:根據(jù)瞬時工作點參數(shù)中的特征參數(shù)1%與η,讀取If, Idc, η- η曲線，并經(jīng)過高效工作點選擇給定器54分析計算,選取該條件下電機高效工作點對應(yīng)的勵磁電流If，并作為If閉環(huán)PI控制器57的給定輸入；此外，Udc-1dc雙閉環(huán)PI控制器55的給定輸入Udc* (與14.5V對應(yīng))也由該高效工作點選擇給定器54給出。該高效工作點選擇給定器54是對勵磁-變流器協(xié)同調(diào)節(jié)器52中“勵磁-變流器協(xié)同調(diào)節(jié)”的主要體現(xiàn)。
[0055]Udc-1dc雙閉環(huán)PI控制器55作用為:對Udc與Idc進行雙閉環(huán)控制，目的是使Udc穩(wěn)定于14.5V±0.25V范圍內(nèi)，并且調(diào)節(jié)ID。使其滿足對負(fù)載供電要求。另外，對ID。的控制也將影響到相電流的波形、相位及幅值，進而影響電機的銅耗大小，并對電機效率產(chǎn)生影響。但在這里，該PI調(diào)節(jié)器的輸出僅為一種控制量，還需要變流器信號調(diào)制器56，才可將該控制量轉(zhuǎn)化為控制信號G1~G6,該控制信號進而對變流器中六個全控型開關(guān)元件31~36(Si~S6)的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制才能實現(xiàn)上述對電機效率產(chǎn)生的影響。
[0056]If閉環(huán)PI控制器57的作用是:調(diào)節(jié)勵磁電流的If大小和方向，從而影響到電機內(nèi)部的磁密分布，進而影響到電機的銅耗和鐵耗，并對電機效率產(chǎn)生影響。同上段敘述，該PI調(diào)節(jié)器的輸出僅為一種控制`量，還需要變流器信號調(diào)制器58，才可將該控制量轉(zhuǎn)化為控制信號Ge，該控制信號進而對勵磁回路中全控型開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制才能實現(xiàn)上述對電機效率產(chǎn)生的影響。
[0057]以上，對圖2所示一種控制器實例的各組成部分和作用進行了詳細(xì)說明。下面針對控制器中核心部分，有關(guān)效率特性曲線53和瞬時工作點參數(shù)的計算和分析方法做詳細(xì)說明，該部分計算主要由高效工作點選擇給定器完成。
[0058]圖2中，高效工作點選擇給定器54需要做兩個工作:(I)對效率特性曲線53降維；(2)選取高效工作點。其中，效率特性曲線53為If，Iio η-η曲線，涉及If，IDC，n，n四個參數(shù)，是一種四維曲線。若直接對該四維曲線進行處理，則需要大量的運算，這將不僅對微處理器提出高要求，而且會降低控制器的執(zhí)行效率。因此，需要對該四維曲線進行降維處理。另外，If，IDC，n_n曲線是通過實驗方法獲取的，并且存儲于數(shù)字型微處理器中，因此If, IDC, n- n曲線的實際表現(xiàn)形式是以離散型的矩陣形式存儲于微處理器中的，處理過程中用到的量也是離散數(shù)據(jù)。
[0059]首先，在圖2所示實例中，由于轉(zhuǎn)速n受到內(nèi)燃機控制，而非電機2的控制，因此，可以根據(jù)實時測取的瞬時工作點參數(shù)中的n參數(shù)，獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)速n在If，IDC, n- n曲線中所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間[A，n2](曲線是離散的，因此只可獲得區(qū)間)。則IpIlon-η曲線變?yōu)檗D(zhuǎn)速在區(qū)間[I^n2]內(nèi)的If，Idc- n三維曲線。隨后，由于電流Idc主要取決于負(fù)載，因此，可以根據(jù)實時測取的瞬時工作點參數(shù)中的Irc參數(shù)，獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)速ID。在If，IDC, n-n曲線中所對應(yīng)的電流區(qū)間[IDa，IdJ (曲線是離散的，因此只可獲得區(qū)間)。則轉(zhuǎn)速在區(qū)間[I^n2]內(nèi)的If，Idc- n三維曲線變?yōu)檗D(zhuǎn)速在區(qū)間[ni，n2]，變流器直流側(cè)電流在[IDC1, Idc2]內(nèi)的If- n 二維曲線。最后，選擇高效工作點輸出作為后期PI調(diào)節(jié)器的給定值。如圖3所示降維后的If- n 二維曲線示意圖，高效工作點在(n4，if4)附近，該點的含義在于:轉(zhuǎn)速在區(qū)間[I^n2],變流器直流側(cè)電流在[IDC1，IDC2]內(nèi)，高效工作點勵磁電流為If4，這里就選取If4作為If閉環(huán)PI控制器的給定值。 [0060]與傳統(tǒng)方法相比，該方法可以將電機工作效率提高2%~7%。
【權(quán)利要求】
1.一種可電勵磁的交流電機控制方法，其特征在于，應(yīng)用如下裝置，該裝置包括:勵磁回路(I)、電機(2)、變流器(3)、控制器(4)四部分； 勵磁回路(I)的輸入為直流電源Ue，輸出通過電機(2)的勵磁繞組(14)與電機(2)相連；勵磁回路(I)的輸入與輸出連接方式是通過一個全控型開關(guān)元件直接連接或者兩個全控型開關(guān)元件組成的半橋連接或者四個全控型開關(guān)元件組成的H橋連接； 變流器(3)是由六個全控型開關(guān)元件S1-S6 (31-36)組成的三相橋，變流器(3)的交流側(cè)與電機(2)的三相繞組相連，直流側(cè)與負(fù)載/電源連接； 控制器(4)是一種微處理器； 當(dāng)控制器(4)的輸入包含變流器(3)的直流側(cè)電壓Udc時，變流器(3)的直流側(cè)并聯(lián)一個電壓傳感兀件，電壓傳感兀件的輸出連接控制器(4)的一個輸入引腳(51)； 當(dāng)控制器(4)的輸入包含變流器(3)的直流側(cè)電流Idc時，變流器(3)的直流側(cè)安裝一個電流傳感元件，電流傳感元件的輸出連接控制器(4)的一個輸入引腳(51)； 當(dāng)控制器(4)的輸入包含電機(2)的三相電流時，電機(2)的三相繞組安裝上電流傳感元件，電流傳感元件的輸出連接控制器(4)的三個輸入引腳(51)； 當(dāng)控制器(4)的輸入包含勵磁回路(I)中的勵磁電流If時，電流傳感元件安裝在勵磁回路(I)中，電流傳感元件的輸出連接控制器(4)的一個輸入引腳(51)； 當(dāng)控制器(4)的輸入包含電機(2)轉(zhuǎn)子位置或轉(zhuǎn)速時，位置傳感元件安裝于電機(2)中，位置傳感器的輸出連接控制器(4)的一個輸入引腳(51)； 當(dāng)控制器(4)的輸入包含電`機(2)的三相繞組的相電壓時，電機(2)的三相繞組與三個電壓傳感元件相接，其中，每一相繞組與一個電壓傳感元件的一個輸入端相連，三相繞組的中性點與電壓傳感元件的另一個參考輸入端相連，每一個電壓傳感元件的輸出端與控制器(4)的一個輸入引腳(51)相連； 當(dāng)控制器(4)的輸入包含電機(2)的三相繞組的線電壓時，電機(2)的三相繞組與三個電壓傳感元件相接，其中，三相繞組中的兩相與電壓傳感元件的兩個輸入端連接，每一個電壓傳感元件的輸出端與控制器(4)的一個輸入引腳(51)相連； 控制器(4)的輸出引腳分為兩組，一組輸出引腳與變流器(3)的六支全控型開關(guān)元件的控制端相連，分別對應(yīng)輸出的控制信號為G1~G6 ;另一組輸出引腳與勵磁回路(I)中的I個或半橋中的2個或H橋中的4個全控型開關(guān)元件的控制端相連，對應(yīng)輸出的控制信號為Ge。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可電勵磁的交流電機控制方法，其特征在于，控制器(4)通過引腳(51)輸入瞬時工作點參數(shù)，瞬時工作點參數(shù)包括:變流器(3)的直流側(cè)電壓Udc ； 或變流器(3)的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If ； 或變流器(3 )的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和變流器(3 )的直流側(cè)電流Idc ； 或變流器(3)的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機輸出三相電流中的兩相電流； 或變流器(3 )的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機三相電流；或變流器(3 )的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機三相的兩個線電壓或變流器(3)的直流側(cè)電壓Udc和勵磁電流If和電機的三個線電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可電勵磁的交流電機控制方法，其特征在于，控制器(4)通過引腳(51)輸入的瞬時工作點參數(shù)以及內(nèi)部存儲的效率特性曲線，確定最高效工作點，并將該最高效工作點對應(yīng)的數(shù)值作為后續(xù)PI調(diào)節(jié)器的給定值；通過控制器(4)中的PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，以及信號調(diào)制器的調(diào)制，控制器(4)輸出控制信號G1~G6與Ge，分別控制變流器(3)中六個開關(guān)元件S1-S6 (31-36)以及勵磁回路(I)中的I個或半橋中的2個或H橋中的4個全控型開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可電勵磁的交流電機控制方法，其特征在于，當(dāng)效率特性曲線為三維或三維以上的曲線時，對曲線進行降維處理。`
【文檔編號】H02P27/06GK103607154SQ201310558030
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】許家群, 蔣杰, 吳躍樂 申請人:北京工業(yè)大學(xué)