[发明专利]永磁电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁（PM）电机系统，确切地说，涉及一种对PM电机进行控制从而使PM电机基本不会超出牵出转矩（pullout torque）值的PM电机系统。

背景技术

风机是传统能源的一个替代方案。风机的叶片和轮毂称为风机转子。风机转子通常通过齿轮箱连接到永磁（PM）发电机。以极高速度旋转的风机转子往往会阻碍风流，转而减少风机的功率提取。例如，一阵强风可能会使风机转子超速旋转。PM发电机可用来控制风机转子的速度。具体而言，可通过PM发电机施加转矩，来控制风机转子的速度。

PM发电机通常包括定子和转子，其中定子可包括形成圆柱形腔的三相定子绕组。PM发电机的转子通过将三相电压提供给定子绕组而在定子腔内旋转。定子电压生成定子电流，从而形成旋转的定子磁场。定子磁场对应于定子磁势（定子mmf）。由PM发电机产生的转矩与位于转子角位置和定子mmf之间的角的正弦成比例。具体而言，由PM发电机产生的峰值转矩通常称为牵出转矩。如果尝试通过增加电流来增加超过牵出转矩值的转矩值，那么实际上将产生更少的转矩。这种情况通常称为电机牵出，指电机在超过牵出扭矩值的情况下运行的点。

PM发电机的转矩还与定子磁通（stator flux）的大小成比例。然而，当连接到功率变换器时，PM发电机的定子磁通受峰值变换器输出电压限制。随着PM发电机的速度和频率增加，定子磁通减少。如果一阵强风使风机转子以极高的速度旋转，则这可能会引起一定问题。这是因为当风机转子接近超速条件时，需要减少PM发电机中的磁通，以生成控制风机转子的速度所需的转矩。然而，当风机转子接近超速条件时，PM发电机的速度和频率增加，从而减少定子磁通。因此，降低了由PM发电机施加转矩来控制风机转子速度的能力。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种永磁（PM）电机系统，其具有PM电机以及与所述PM电机通信的控制器。所述PM电机具有q轴电压反馈信号以及牵出转矩，所述牵出转矩表示所述PM电机生成的峰值转矩。所述控制器包括q轴电流调节器，所述q轴电流调节器产生供应给所述PM电机的命令q轴电压。所述控制器还包括用于监测所述PM电机的所述q轴电压反馈信号的至少一个控制逻辑。所述控制器包括用于计算产生转矩的电流（torque producing current）极限的至少一个控制逻辑。所述产生转矩的电流极限表示在超过所述牵出转矩值之前，所述PM电机运行时采用产生峰值转矩的电流。所述产生转矩的电流极限至少基于所述q轴电压反馈信号。所述控制器包括用于限制发送到所述q轴电流调节器的q轴电流命令的至少一个控制逻辑，这样，所述q轴电流命令基本不会超出所述产生转矩的电流极限。

其中所述PM电机包括d轴电压反馈信号，且所述控制器包括产生供应给所述PM电机的命令d轴电压的d轴电流调节器。

进一步地，所述控制器包括用于监测所述PM电机的所述d轴电压反馈信号的至少一个控制逻辑，以及用于计算预备q轴电流命令和d轴电流命令的至少一个控制逻辑，所述预备q轴电流命令至少基于所述q轴电压反馈信号，且所述d轴电流命令至少基于所述d轴电压反馈信号，且其中所述控制器包括用于将所述d轴电流命令发送到所述d轴电流调节器的至少一个控制逻辑。

进一步地，所述控制器包括用于将所述预备q轴电流命令与所述产生转矩的电流极限进行比较的至少一个控制逻辑，以确定所述预备q轴电流命令是否超出所述产生转矩的电流极限

进一步地，所述控制器包括接收所述q轴电压反馈信号、所述d轴电压反馈信号以及所述PM电机的频率的基于电压的磁通模型，其中所述基于电压的磁通模型包括用于确定q轴磁通反馈、d轴磁通反馈以及净电机磁通反馈的控制逻辑。

进一步地，所述控制器包括用于计算适配q轴电感的q轴电机电感估计器，，其中所述q轴电机电感估计器接收来自所述基于电压的磁通模型的所述q轴磁通反馈、q轴电机电流反馈以及q轴电机阻抗的调整值。

进一步地，所述控制器包括限压器，所述限压器接收所述频率和电压极限设定值并计算净命令磁通大小，其中所述净命令磁通大小通过确定公称磁通大小和除以所述频率后的所述电压极限设定值来进行计算，并将这两个值中的较小值选作所述净命令磁通大小。

进一步地，所述控制器包括用于选择所述净命令磁通大小和所述净电机磁通反馈中的最小值的至少一个控制逻辑，并且将所述最小值发送到牵出极限计算器。