一种永磁同步电机顺风起动方法 |
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申请号 | CN202311783243.2 | 申请日 | 2023-12-22 | 公开(公告)号 | CN117955395A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
申请人 | 江苏科技大学; | 发明人 | 姚磊; 王莹; 刘维亭; 魏海峰; 张懿; 王浩陈; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种永磁同步 电机 顺 风 起动方法,包括如下步骤:步骤1:获取永磁同步电机在两相旋转 坐标系 下的反电势、在两相静止坐标系下的反电动势;步骤2:根据两相旋转坐标系下的反电势以及永磁同步电机的反电势常数,确定永磁同步电机的运行速度状态,其中,运行速度状态包括:零低速状态、中高速状态以及高速状态;步骤3:根据当前运行速度获取对应的估计 转子 角 频率 和角度;步骤4:通过获得的估计转子角频率和角度进行电机的顺风起动。本发明利用改进的二阶广义积分器对零低速情况下反电动势 信号 进行滤波,与传统顺风启动相比,解决了永磁同步电机在零低速情况下反电动势信号存在谐波与高频干扰等问题。 | ||||||
权利要求 | 1.一种永磁同步电机顺风起动方法,其特征在于,包括如下步骤: |
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说明书全文 | 一种永磁同步电机顺风起动方法技术领域[0001] 本发明设计涉及永磁同步电机控制技术领域,尤其涉及一种永磁同步电机顺风起动方法。 背景技术[0002] 永磁同步电机具有效率高,响应快,噪音小等优点。因此,永磁同步电机已经在越来越多的行业广泛应用。 [0003] 顺风起动,又称带速起动,是永磁同步电机提高运行效率常用的技术手段。传统的永磁同步电机通过观测器估算电机在顺风状态下转子角度信号进行顺风启动。在传统的电机顺风启动方案中,在低速环境下利用永磁同步电机基波提取的角频率信号噪音较多,信噪比极低,对于获取转子角频率和角度难度很大,只能对电机进行刹车操作,等待电机完全停止后再静止启动;在高速环境下,由于对初始转子角度估计存在迟滞、误差,直接采用估算转子角度会引起电流冲击,严重时会造成过流故障,从而只能等待电机转速降低到一定转速后才能进入顺风启动。这种方案由于频繁对电机进行刹车操作或者等待电机转速降低,无法在低速和高速状态下进行顺风启动,从而降低电机的性能和使用寿命。 [0004] 目前已有文献中,在零低速环境下采用高频信号注入法获取转子角度信息,在高速环境下采用零电压矢量脉冲法通过对一个或多个零电压矢量脉冲的电流响应来实现对转子初始角频率和角度信息的检测,但是此类方法估算转子角度易受延时、滤波器等干扰,估算精度不高,大大增加了系统的复杂性。 发明内容[0005] 针对现有技术中的不足,本发明提供了一种永磁同步电机顺风起动方法,以解决现有技术中电机顺风起动角频率调节范围小,起动时容易出错的技术问题。 [0006] 本发明提供了一种永磁同步电机顺风起动方法,包括如下步骤: [0007] 步骤1:获取永磁同步电机在两相旋转坐标系下的反电势、在两相静止坐标系下的反电动势; [0008] 步骤2:根据两相旋转坐标系下的反电势以及永磁同步电机的反电势常数,确定永磁同步电机的运行速度状态,其中,运行速度状态包括:零低速状态、中高速状态以及高速状态; [0009] 步骤3:当运行速度状态为零低速状态时,则先将两相静止坐标系下的反电动势经过改进的二阶广义积分器进行滤波,获得过滤反电动势,再将过滤反电动势进行Park变换得到旋转坐标系下的过滤反电动势信号,最后将旋转坐标系下的过滤反电动势信号通过锁相环估算电机转子的角频率和角度; [0011] 当运行速度状态为高速状态时,则先将两相静止坐标系下的反电动势进行Park变换得到旋转坐标系下的过滤反电动势信号,再将旋转坐标系下的反电动势信号通过锁相环估算电机转子的角频率,根据估算转子角频率获取估算转子角度; [0012] 步骤4:通过获得估计转子角频率和角度进行电机的顺风起动。 [0013] 进一步地,所述步骤2中,确定永磁同步电机的运行速度状态的具体方法为: [0014] 获取状态判断数,具体公式如下: [0015] [0016] 式中, [0017] 当状态判断数小于0.2时,则运行速度状态为零低速状态; [0018] 当状态判断数大于等于0.2且小于0.8时,则运行速度状态为中高速状态; [0019] 当状态判断数大于等于0.8时,则运行速度状态为高速状态。 [0020] 进一步地,所述步骤3中,改进的二阶广义积分器的传递函数为: [0021] [0022] [0023] 式中,kd为阻尼比,km为通频带控制系数, 为估算角频率。 [0024] 进一步地,所述步骤3中,根据估算转子角频率获取估算转子角度的具体方法为: [0026] 进一步地,所述步骤3中,根据估算转子角频率获取估算转子角度的具体公式为: [0027] [0028] 式中,θcomp为角度补偿量,Tcal为算法计算耗时时间,即所述步骤1到步骤3在系统运行计算时的耗时时间;A为补偿强度; 为估算角频率。 [0029] 进一步地,所述补偿强度为:1。 [0030] 本发明的有益效果: [0031] 1、本发明利用改进的二阶广义积分器对零低速情况下反电动势信号进行滤波,与传统顺风启动相比,解决了永磁同步电机在零低速情况下反电动势信号存在谐波与高频干扰等问题; [0032] 2、本发明利用角度补偿来估算转子角度信息,增加角度补偿增益,解决了永磁同步电机在高速情况下估计转子角度不精确的问题。 [0034] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中: [0036] 图2是本发明具体实施例中改进的二阶广义积分器框图。 具体实施方式[0037] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0039] 本发明提供了一种永磁同步电机顺风起动方法,包括如下步骤: [0040] 步骤1:获取永磁同步电机在两相旋转坐标系下的反电势、在两相静止坐标系下的反电动势; [0041] 步骤11:将电机等效为三相对称负载,则电机三相端电压与电机三相反电动势的关系为: [0042] [0043] 式中,ua、ub、uc分别为电机三相端电压;ea、eb、ec分别为电机三相反电动势;s为电机中性点; [0044] 步骤12:由永磁同步电机的三相反电动势对称性可知: [0045] ea+eb+ec=0(2) [0046] 整理式(1)和式(2)得电机的三相反电动势为: [0047] [0048] 步骤13:对式(3)进行Clarke坐标变换重构出两相静止坐标系下的反电动势: [0049] [0050] 式中,eα、eβ分别为两相静止坐标系α、β轴上的反电动势; [0051] 步骤14:对式(4)进行Park坐标变换重构出两相旋转坐标系下的反电动势: [0052] [0053] 式中,eq、ed分别为两相旋转坐标系d、q轴上的反电动势。 [0054] 步骤2:根据两相旋转坐标系下的反电势以及永磁同步电机的反电势常数,确定永磁同步电机的运行速度状态,其中,运行速度状态包括:零低速状态、中高速状态以及高速状态,具体方法为: [0055] 获取状态判断数,具体公式如下: [0056] [0057] 式中, [0058] 当状态判断数小于0.2时,则运行速度状态为零低速状态; [0059] 当状态判断数大于等于0.2且小于0.8时,则运行速度状态为中高速状态; [0060] 当状态判断数大于等于0.8时,则运行速度状态为高速状态。 [0061] 步骤3:当运行速度状态为零低速状态时,则先将两相静止坐标系下的反电动势eα和eβ经过改进的二阶广义积分器进行滤波,获得过滤反电动势eα′和eβ′,再将过滤反电动势进行Park变换得到旋转坐标系下的过滤反电动势信号 和 [0062] [0063] 式中, 分别为d、q轴上的估计的反电动势; 为估计的电角度; [0064] 最后将旋转坐标系下的过滤反电动势信号通过锁相环估算电机转子的角频率和角度; [0065] 其中,如图2所示,改进的二阶广义积分器的传递函数为: [0066] [0067] [0068] 式中,kd为阻尼比,km为通频带控制系数, 为估算角频率,在所述改进的二阶广义积分器中,作为谐振频率输入; [0069] 当运行速度状态为中高速状态时,则先将两相静止坐标系下的反电动势进行Park变换得到旋转坐标系下的过滤反电动势信号,再将旋转坐标系下的反电动势信号通过锁相环估算电机转子的角频率和角度; [0070] 当运行速度状态为高速状态时,则先将两相静止坐标系下的反电动势进行Park变换得到旋转坐标系下的过滤反电动势信号,再将旋转坐标系下的反电动势信号通过锁相环估算电机转子的角频率,根据估算转子角频率获取估算转子角度,具体方法为: [0071] 根据估算的转子角频率、算法计算耗时时间,计算角度补偿量,将角度补偿量与估算的转子角频率对时间的积分值相加得到估算转子角度,具体公式如下: [0072] [0073] 式中,θcomp为角度补偿量;Tcal为算法计算耗时时间;A为补偿强度,优先A=1; 为估算的转子角频率; [0074] 步骤4:通过获得估计转子角频率和角度进行电机的顺风起动。 [0075] 虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。 |