一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法及裝置製造方法
2024-02-14 12:34:15
一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法及裝置，包括：由逆變器發送到永磁同步電機PMSM端的當前電壓預算下一時刻的直軸電流；將下一時刻的直軸電流與最大保護電流進行比較；如果下一時刻的直軸電流小於最大保護電流，則繼續發送當前電壓到PMSM端；如果下一時刻的直軸電流大於或等於所述最大保護電流，則由保護直軸電流和保護交軸電流重新分配電壓，將重新分配的電壓發送到PMSM端。通過調整電壓，使下一時刻的直軸電流趨於正常，在PMSM工作負載不變的情況下，將重新分配的電壓發送到PMSM端。通過對下一時刻的直軸電流進行預算，模擬了PMSM的實際運行情況，並且在下一時刻直軸電流超限時，進行保護。
【專利說明】一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及永磁同步電機控制【技術領域】，特別涉及一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法及裝置。
【背景技術】
[0002]永磁同步電機(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor)傳動系統是指以PMSM為控制對象，通過調頻調壓方式控制永磁同步電機的轉速和轉矩的一種新型傳動系統。相對於傳動的以異步電機為控制系統的交流傳動系統而言，PMSM傳動系統有著結構簡單、功率密度大，低速輸出扭矩大，效率高，維護方便等一系列交流電機無法媲美的優勢，正逐漸取代異步電機交流傳動系統，成為未來的主流。
[0003]PMSM傳動控制系統中，PMSM的直軸電流直接影響電流角度的分配，影響PMSM工作時的功率因素及系統的無功發熱損耗，且在高速時，直接影響到PMSM的弱磁性能發揮，更重要的是，轉子永磁體材料的永久退磁也與直軸電流的大小有關，如果直軸電流超過永磁體的退磁電流,永磁體將產生不可恢復的退磁，因此，PMSM直軸電流分量的保護尤為重要。
[0004]現有技術中，從永磁電機設計角度出發，通過對永磁體最大工作點的限定對直軸電流過大而引起的永磁體永久失效進行保護。
[0005]參見圖1，該圖為永磁體B-H曲線的退磁段曲線圖。
[0006]圖1中給出了永磁體B-H曲線的退磁段，電動機工況時，永磁體在這段工作；電機空載，氣隙對永磁體有一些退磁，空載永磁體工作點A點，負載時直軸電流的電樞會產生進一步的退磁效應，即最大負載永磁體的工作點B點，當電機發生短路顛覆工況，產生最差的退磁效應如C點，如果C點工作在拐點以下，將會使永磁體產生可逆退磁，因此，將永磁電機短路引起最差退磁時工作點設計在永磁體拐點以上，或者跟永磁體磁力線拐點相當，避免直軸電樞退磁效應過大而引起的永磁體永久失磁。
[0007]而從電機控制策略角度出發，目前國內外沒有專門針對直軸電流保護進行描述的文章，只有在介紹矢量控制策略文獻中，因為配合控制需要，對當前的給定值進行限定，其主要的實現方式是，在通過轉矩或者轉速PI調節器得到交軸電流通過最大轉矩電流比，得到直軸電流給定id—Mf，在此基礎上加上限定條件如下:I id—I <id—?AX。
[0008]現有方案從電機設計角度出發，設計直軸最大工作電流時候的永磁工作點與拐點相當或者在拐點以上，預防直軸電流分量過大引起的轉子永磁體永久失效，但是真實電機工作電機直軸電流處於未知狀態，如果系統崩潰真實的直軸電流過大，依然會造成永磁體的永久失效。
[0009]現有方案從控制角度出發，控制中對給定的直軸分量進行限定，只用來防禦電流給定不超出電機安全工作的範圍，並未對當前電機真實直軸電流和當前電壓使電機產生下時刻電流進行保護，如果電機電流失控，都會使永磁電機產生失磁現象。
[0010]現有技術中，在PMSM傳動系統中，都只對當前的給定直軸電流進行限定保護，並沒有對當前的電壓引起的下一時刻的直軸電流進行預計。如果下一時刻的直軸電流較大，將導致PMSM傳動系統的無功分量過大，系統功率因素低、損耗大，導致系統產生嚴重故障。
【發明內容】
[0011 ] 本發明要解決的技術問題是提供一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法及裝置，能夠準確預計下一時刻的直軸電流，並根據預計的直軸電流進行保護。
[0012]本發明實施例提供一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法，包括以下步驟:
[0013]由逆變器發送到永磁同步電機PMSM端的當前電壓預算下一時刻的直軸電流id(K+l) ;1(表示當前時刻，K+1表示下一時刻；
[0014]將所述下一時刻的直軸電流與最大保護電流idjOTtec;t進行比較；所述最大保護電
流 id_protect
為預定值；
[0015]如果所述下一時刻的直軸電流id(K+l)小於所述最大保護電流idpMteet，則繼續發送所述當前電壓到所述PMSM端；
[0016]如果所述下一時刻的直軸電流id(K+l)大於或等於所述最大保護電流id—_eet，則由保護直軸電流和保護交軸電流重新分配電壓，將重新分配的電壓發送到所述PMSM端。
[0017]優選地，由發送到永磁同步電機PMSM端的當前電壓預算下一時刻的直軸電流id(K+l)；
[0018]
【權利要求】
1.一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法，其特徵在於，包括以下步驟: 由逆變器發送到永磁同步電機PMSM端的當前電壓預算下一時刻的直軸電流id(K+l)；K表示當前時刻，K+1表示下一時刻； 將所述下一時刻的直軸電流與最大保護電流id—進行比較；所述最大保護電流id—protect 為預定值； 如果所述下一時刻的直軸電流id(K+i)小於所述最大保護電流則繼續發送所述當前電壓到所述PMSM端； 如果所述下一時刻的直軸電流id(K+l)大於或等於所述最大保護電流id—，則由保護直軸電流和保護交軸電流重新分配電壓，將重新分配的電壓發送到所述PMSM端。
2.根據權利要求1所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法，其特徵在於，由發送到永磁同步電機PMSM端的當前電壓預算下一時刻的直軸電流id(K+l)；
3.根據權利要求1所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法，其特徵在於，所述由保護的直軸電流和交軸電流重新分配電壓，具體包括: 將所述最大保護電流id—作為PMSM的保護直軸電流i' d (K+1)； 由所述保護直軸電流計算保護交軸電流； 由所述保護直軸電流和保護交軸電流計算重新分配電壓。
4.根據權利要求3所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法，其特徵在於，所述由所述保護直軸電流計算保護交軸電流P ,(K+1)，具體為:
5.根據權利要求1或2所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法，其特徵在於，如果所述下一時刻的直軸電流id(K+i)大於或等於所述最大保護電流id pMtert，還包括:在直軸電流PI調節器中加入所述直軸電流，具體為:
6.—種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護裝置,其特徵在於,包括:下一時刻直軸電流預算單元、直軸電流比較單元、電壓發送單元和電壓重新分配單元； 所述下一時刻直軸電流預算單元，用於由發送到永磁同步電機PMSM端的當前電壓預算下一時刻的直軸電流id(K+l) ；K表示當前時刻，Κ+1表示下一時刻； 所述直軸電流比較單元，用於將所述下一時刻的直軸電流與最大保護電流行比較；所述最大保護電流id—為預定值； 所述電壓發送單元，用於當所述直軸電流比較單元確定所述下一時刻的直軸電流id(K+l)小於所述最大保護電流id pMtert時，則繼續發送所述當前電壓到所述PMSM端； 所述電壓重新分配單元，用於當所述直軸電流比較單元確定所述下一時刻的直軸電流id(K+l)大於或等於所述最大保護電流則由保護直軸電流和保護交軸電流重新分配電壓，將重新分配的電壓發送到所述PMSM端。`
7.根據權利要求6所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護裝置，其特徵在於，所述下一時刻直軸電流預算單元，由發送到永磁同步電機PMSM端的當前電壓預算下一時亥IJ的直軸電流id(K+l)由以下公式來實現:
8.根據權利要求6所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護裝置，其特徵在於，所述電壓重新分配單元包括:保護直軸電流確定子單元、保護交軸電流確定子單元和重新分配電壓確定子單元； 所述保護直軸電流確定子單元，用於將所述最大保護電流id—作為PMSM的保護直軸電流i' d(K+l)； 所述保護交軸電流確定子單元，用於由所述保護直軸電流計算保護交軸電流； 所述重新分配電壓確定子單元，用於由所述保護直軸電流和保護交軸電流計算重新分配電壓。
9.根據權利要求8所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護裝置，其特徵在於，所述保護交軸電流確定子單元通過以下公式由所述保護直軸電流計算保護交軸電流；
10.根據權利要求6或7所述的永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護裝置，其特徵在於，還包括:直軸電流PI調節修正單元； 所述直軸電流PI調節修正單元，用於當直軸電流比較單元確定所述下一時刻的直軸電流id(K+l)大於或等於所述最大保護電流id pMtert時，在直軸電流PI調節器中加入所述直軸電流，修正後的直軸電流PI調節器的公式具體如下:
【文檔編號】H02H9/02GK103490398SQ201310487948
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】馮江華, 劉可安, 許峻峰, 何亞屏, 文宇良, 尚敬, 張朝陽, 劉雄 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司