[发明专利]一种混合励磁同步电机功率因数控制方法

摘要

本发明公开了一种混合励磁同步电机功率因数控制方法，控制d轴、q轴和励磁绕组电流，保持混合励磁同步电机运行时功率因数恒等于1。电机运行于低速区时，根据负载大小控制d轴、q轴和励磁绕组电流来保持功率因数为1，当负载转矩小于等于额定转矩时，励磁绕组电流为0，通过控制d轴、q轴电流使功率因数为1；当负载转矩大于额定转矩时，通过d轴、q轴和励磁绕组电流的协调控制使功率因数为1；电机运行于高速区时，利用d轴电流与励磁绕组电流共同弱磁，通过d轴、q轴和励磁绕组电流协调控制功率因数恒等于1。混合励磁同步电机功率因数恒等于1的控制方法使逆变器的容量得到充分利用，提高了电网的输电效率，特别适用于大功率调速系统。

主权项

一种混合励磁同步电机功率因数控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）从电机主电路采集相电流ia、ib和励磁电流if，对电机进行准确初始位置检测，从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角θ；（2）将采集的相电流ia、ib经信号调理和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下的d轴电流id和q轴电流iq；（3）将实测转速n与给定转速n*比较后得到转速偏差Δn，将所述转速偏差Δn输入速度调节器经比例积分运算后得到转矩参考值Te*，将转矩参考值Te*、实测转速n和给定转速n*输入电流分配器，判断实际转速是否小于弱磁基速，如是，则电机运行于低速区，进入步骤4），否则，电机运行于高速区，进入步骤5）；（4）判断负载转矩是否满足TL≤TN，其中TL为负载转矩、TN为额定转矩；当TL≤TN时，根据下列方程组求解计算d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref与励磁电流参考值ifref： i qref = i dref ( ψ m + L d i dref ) L q i fref = 0 T e * = 3 2 p i dref ( ψ m + L d i dref ) L q [ ψ m + i dref ( L d - L q ) ] 其中，idref为d轴电流参考值，iqref为q轴电流参考值，ifref为励磁绕组电流参考值，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，ψm为永磁体磁链，p为电机极对数；当TL＞TN时，则根据下列方程组求解计算d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref与励磁电流参考值ifref： i qref = i dref ( ψ m + L d i dref + M sf I fN ) L q i fref = I fN T e * = 3 2 p i dref ( ψ m + L d i dref + M sf I fN ) L q [ ψ m + i dref ( L d - L q ) ] 其中，IfN为励磁电流额定值，Msf为电枢绕组与励磁绕组之间的互感。（5）根据下列方程组求解计算d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref与励磁电流参考值ifref： i fref = U s - ω e ( ψ m + L d i dref ) M sf i qref = i dref [ ψ m + L d i dref + U s - ω e ( ψ m + L d i dref ) ] L q T e * = 3 2 p i dref [ ψ m + L d i dref + ( U s - ω e ( ψ m + L d i dref ) ) ] L q [ ψ m + i dref ( L d - L q ) + U s - ω e ( ψ m + L d i dref ) ] 其中，ωe为电角速度，Us为逆变器所能提供的最大电压。（6）将d轴电流参考值idref和q轴电流iqref分别与所述步骤（2）中的d轴电流id和q轴电流iq比较后得d轴电流偏差Δid和q轴电流偏差Δiq，将所述d轴电流偏差Δid输入d轴电流调节器进行比例积分运算，得到d轴电压ud，将q轴电流偏差Δiq输入q轴电流调节器进行比例积分运算，得到q轴电压uq，然后对所述d轴电压ud和q轴电压uq进行旋转正交‑静止两相变换后，得到静止两相坐标系下α轴电压uα和β轴电压uβ，将所述α轴电压uα和β轴电压uβ输入脉冲宽度调制模块，运算输出6路脉冲宽度调制信号，驱动主功率变换器；同时将步骤（1）中采集的励磁电流if，经信号调理与A/D转换后和励磁电流参考值ifref一起送入直流励磁脉宽调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号来驱动励磁功率变换器。