一種表貼式永磁同步發(fā)電機弱磁控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種表貼式永磁同步發(fā)電機弱磁控制方法，屬于永磁同步電機控制 的技術領域。
【背景技術】
[0002] 表貼式永磁同步發(fā)電機轉子采用永磁材料勵磁，由于其體積小、功率密度高、動態(tài) 適應性強、控制簡便等特點，已經(jīng)廣泛應用于生產(chǎn)生活的各個領域。但是在永磁同步發(fā)電機 接PWM整流器的穩(wěn)壓系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)的id = 0的矢量控制時，隨著轉速的升高，其輸出電壓 會無法穩(wěn)定，限制了發(fā)電機的轉速范圍，不適合用于實際的工程應用。在永磁同步發(fā)電機穩(wěn) 壓控制領域，傳統(tǒng)弱磁控制方法中雙電流調節(jié)器相互耦合會帶來動態(tài)響應變差的問題，電 流調節(jié)器易于飽和而影響電機性能，甚至造成不穩(wěn)定，這是雙電流調節(jié)器弱磁控制的固有 缺點。隨著永磁同步電動機弱磁控制技術的發(fā)展，出現(xiàn)單電流調節(jié)器控制的弱磁方法，可以 避免雙電流調節(jié)器相互耦合帶來的動態(tài)響應變差的問題。傳統(tǒng)的單電流調節(jié)器控制法固定 交軸電壓指令，僅控制直軸電流，電機不能充分利用直流電壓，效率和帶載能力低，轉速范 圍窄。也有通過查表法給定交軸電壓指令，但是可移植性差。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述【背景技術】的不足，為了能夠在寬轉速得到 穩(wěn)定的輸出電壓及使表貼式永磁同步發(fā)電機輸出電壓不因為轉速升高而不穩(wěn)定，提供了一 種表貼式永磁同步發(fā)電機弱磁控制方法，通過輸出直流電壓外環(huán)PI調節(jié)器得到實時轉速下 所需要的交軸電流給定值，進而再由交軸電壓給定值確定直軸電壓給定值，在保證電流運 行在電壓極限圓上的同時保證電流工作點工作在所需轉矩曲線上，解決了傳統(tǒng)單電流調節(jié) 器控制法控制效率低下的技術問題。
[0004] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術方案：
[0005] -種表貼式永磁同步發(fā)電機弱磁控制方法，
[0006] 將PWM整流器橋臂中點與表貼式永磁同步發(fā)電機的三相定子繞組相連并采集PWM 整流器直流側的輸出直流電壓Udc，對輸出直流電壓進行電壓環(huán)調節(jié)和電流環(huán)調節(jié)得到交軸 電壓給定值<，依據(jù)電流軌跡沿著電壓極限圓和恒轉矩曲線交點運行的目標確定直軸電 壓給定值為：
對交軸電壓給定值和 直軸電壓給定值依次進行帕克變換以及空間矢量調制得到ΠΜ整流器的驅動信號，表貼式 永磁同步發(fā)電機在原動機帶動下工作并向PWM整流器輸出交流電，
[0007] 其中，usmax為表貼式永磁同步電機和PWM整流器所能承受的最大電壓，(64為輸出 直流電壓給定值，i q為交軸電流實際值，KVP、KV^別為電壓環(huán)比例系數(shù)和積分系數(shù)，Kip、Kn 分別為電流環(huán)比例系數(shù)和積分系數(shù)，s為積分算子。
[0008] 進一步的，所述一種表貼式永磁同步發(fā)電機弱磁控制方法中，對輸出直流電壓進 行電壓環(huán)調節(jié)和電流環(huán)調節(jié)得到交軸電壓給定值<的方法為：
[0009] 對輸出直流電壓給定值和輸出直流電壓之差進行PI調節(jié)得到交軸電流給定值< 為
[0010] 對交軸電流給定值ζ和交軸電流實際值之差進行PI調節(jié)得到交軸電壓給定值< 為
[0011] 再進一步的，所述一種表貼式永磁同步發(fā)電機弱磁控制方法中，交軸電流實際值 轉通過依據(jù)轉子位置信號對表貼式永磁同步發(fā)電機的三相靜止坐標系下的相電流進行克 拉克變換得到。
[0012] -種寬轉速范圍內表貼式永磁同步電機的弱磁穩(wěn)壓控制方法，
[0013] 在表貼式永磁同步發(fā)電機轉速低于基速時，采用id = 0的矢量控制方法以最小的 電流控制電機產(chǎn)生最大的電磁轉矩；
[0014] 在表貼式永磁同步電機轉速高于基速時，采用所述弱磁控制方法控制電機沿著電 壓極限圓和恒轉矩曲線的交點運行直至達到穩(wěn)態(tài)。
[0015] 進一步的，所述寬轉速范圍內表貼式永磁同步電機的弱磁穩(wěn)壓控制方法，在電機 運行在穩(wěn)態(tài)后的持續(xù)減速過程中，當交軸電壓和直軸電壓滿足電壓極限圓限制條件時，由 所述弱磁控制方法切換至id = 0的矢量控制方法。
[0016] 本發(fā)明采用上述技術方案，具有以下有益效果：
[0017 ] (1)本發(fā)明涉及的弱磁控制方法采用一個電流調節(jié)器在電機轉速高于基速時給定 直軸電壓，實現(xiàn)了電機沿著電壓極限圓和恒轉矩曲線交點運行，該方法使電流軌跡在滿足 轉矩曲線的同時又能滿足電壓和電流的限制，輸出直流電壓在短暫波動后能迅速恢復穩(wěn) 定，具有很好的動態(tài)響應；
[0018] (2)結合轉速低于基速時id = 0的矢量控制方法和本發(fā)明涉及的弱磁控制方法，能 夠實現(xiàn)表貼式永磁同步電機在寬轉速范圍的穩(wěn)定運行，即采用單電流調節(jié)器法即可實現(xiàn)寬 轉速穩(wěn)壓的目的又能提升控制效率，同時整個控制方法不依賴電機參數(shù)，參數(shù)的魯棒性好。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的電路拓撲結構；
[0020] 圖2為表貼式永磁同步發(fā)電機穩(wěn)壓系統(tǒng)的id = 0矢量控制框圖；
[0021] 圖3為發(fā)電機的電壓極限圓和電流極限圓；
[0022] 圖4為本發(fā)明提出的表貼式永磁同步發(fā)電機穩(wěn)壓系統(tǒng)的弱磁控制框圖；
[0023] 圖5為采用本專利提出的弱磁方法下的發(fā)電機的電流軌跡圖；
[0024] 圖6為采用本專利提出的弱磁方法下的輸出電壓和轉速仿真波形；
[0025] 圖7為采用本專利提出的弱磁方法下的id-iq電流軌跡；
[0026] 圖8為采用本專利提出的弱磁方法下的突加突卸負載時的輸出電壓波形。
[0027]圖中標號說明：QiSQ6為開關管，C為濾波電容，Rl為電阻負載，1為輸出直流電壓外 環(huán)，2為電流環(huán)，3為帕克變換模塊，4為空間矢量調制模塊，5為克拉克變換模塊，6為電機轉 子位置反饋模塊，7為PWM整流器。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0029] 本發(fā)明采用圖1所示電路拓撲實現(xiàn)表貼式永磁同步發(fā)電機的弱磁控制，表貼式永 磁同步發(fā)電機由原動機拖動，PWM整流器的橋臂中點（開關管&和開關管Q 4組成橋臂的中點 U、開關管Q2和開關管Q5組成橋臂的中點V、開關管Q3和開關管Q6組成橋臂的中點W)分別接永 磁同步發(fā)電機的三相定子繞組，PWM整流器直流側接濾波電容C和電阻負載Rl。
[0030] 在發(fā)電機轉速高于基速時，只采用一個交軸電流調節(jié)器并通過計算直接給定直軸 電壓，即可實現(xiàn)本發(fā)明涉及的一種表貼式永磁同步發(fā)電機弱磁控制方法。
[0031] 若忽略發(fā)電機定子內阻壓降，采用發(fā)電機慣例，可以得到如下電壓方程：
[0032] Uq= ω e · (itaf-Ldid) (1)
[0033] ud = ωe · Lq · iq (2)
[0034] 式（1)和式(2)中：為發(fā)電機電角速度;i])af為轉子磁鏈;Ld、Lq分別為d、q軸電感； i d、i q分別為d、q軸電流;Ud、Uq分別為d、q軸電壓。
[0035] 假設發(fā)電機和PWM整流器所能承受的最大電壓為usmax，發(fā)電機和PWM整流器所能承 受的最大電流為ismax，若輸出直流電壓為Ud。，令
為PWM整流器最大線性輸入電 壓幅值。
[0036] 可以得到電壓和電流限制方程如下：
[0037] (3)
[0038] (4)
[0039] 將式(1)和式(2)代入式(3)可以演變成式(5):
[0040] (itaf-Ld · id)2+(Lq · iq)2< (Usmax/ω0)2 (5)
[0041] 狀態(tài)1、發(fā)電機轉速低于基速狀態(tài)：
[0042] 對于表貼式永磁同步發(fā)電機，轉速低于基速時，采用id = 0的矢量控制，控制框圖 如圖2所示，該控制方法可以最小的電流產(chǎn)生最大的轉矩，最大限度地提升了控制效率。 [0043]由式(4)和式(5)可以得到如圖3所示的電壓極限圓和電流極限圓，其中，T el和Te2 為發(fā)電機恒轉矩曲線，對于表貼式永磁同步電機而言，電機轉矩是和iq成正比且平行于d軸 的直線;MTPA曲線為最大轉矩電流比曲線，對于表貼式永磁同步電機而言就是直線id = 0; MTPV曲線為最大轉矩電壓比曲線，對于表貼式永磁同步電機而言就是直線id = ^f/Ld。由圖 3可以看出：電機的最大去