[发明专利]一种基于永磁同步电机开环矢量的转速追踪方法

说明书

本发明公开了一种基于永磁同步电机开环矢量的转速追踪方法，包括如下步骤：1.利用混合模型磁链观测器估算当前电机转子磁链角度再对其进行微分，估算当前电机转速；2.对定子电流矢量进行坐标变换，分别得到励磁电流电流i_d、转矩电流i_q；3.以i_d和零作为输入，经励磁电流调节器运算得到一个励磁电压u_d；以i_q和零作为输入，经转矩电流调节器得到一个转矩电压u_q；4.对u_d与u_q进行矢量合成，进行空间矢量调制波计算，再与三角波比较生成驱动控制信号驱动永磁同步电机；5.重复步骤1～4，直到两电流矢量稳定在零附近并维持很短一段时间，则认为此时估算的转速就是当前的电机转速，并将当前的转速作为启动转速，平滑切换为对同步电机速度控制。

技术领域

本发明属于永磁同步电机调速技术领域，尤其涉及一种基于永磁同步电机开环矢量的转速追踪方法。

背景技术

在高性能永磁同电机矢量控制系统中，通常采用转速闭环控制。转速一般通过编码器以及根据数学模型估算获得，然而由于编码器在安装、维护、成本等方面影响了永磁同步电机调速系统的简便性以及系统的可靠性，人们提出了开环矢量转速闭环控制方案。其核心问题是对转子转速信息的估算。永磁同步电机转速估算算法有许多，如利用直接计算、观测器、自适应、人工智能等手段，测量电机侧电流电压估算出转子速度信息，从而进行转速闭环控制。

然而，在变频器驱动电机运行之前，电机有可能处于旋转状态，有以下两种典型的场合：1.大型通风设备因残存风量可能造成电机自由旋转；2.转动惯量大的负载遇到突然停电后，电机会自由旋转很长的时间，此时如果启动电机必须先获取电机的转速，否则变频器会因过大的转速差而引起变频器过流或过压。为了防止这一现象，要求调速系统具有转速跟踪再启动功能。

工程上有采用附加硬件转速追踪卡方法获取当前同步电机转速信息：由硬件电路得到同步电机三相电压幅值和频率以及方向，此种方法虽然跟踪速度快，但硬件处理经过较为复杂的处理，还需软件配合，最终才能得到所需的转速信息，不但增加了系统硬件成本，而且降低了系统的可靠性，一般很少采用这种方案。

还有一种方法，通过检测直流母线电压变化趋势或通过检测直流电流，当定子侧电频率与电机转子频率相等时直流母线电流最小。这种思路虽然物理概念清晰明确但实现起来难度较大，其方案存在以下问题：1.一般变频器装置中无直流母线电流检测，而且直流母线电流最小和直流母线电容变化趋势很短一段时间内难以判断；2.若当前搜寻的定子磁场频率与电机实际转速差距大，尤其是定子磁场频率与电机实际转速方向相反时，转速搜寻装置的搜寻时间会比较长。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于永磁同步电机开环矢量的转速追踪方法，能准确估算出永磁同步电机当前转速大小和方向，从而实现永磁同步电机无电流过冲地平稳再起动，且不增加硬件成本。

本发明的技术方案为：一种基于永磁同步电机开环矢量的转速追踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)永磁同步电机再起动时，利用混合模型磁链观测器估算当前电机转子磁链角度，对磁链角度进行微分，估算当前电机转速；

(2)对永磁同步电机的定子电流矢量进行坐标变换，分别得到励磁电流电流i_d、转矩电流i_q；

(3)以励磁电流i_d和零作为输入，经励磁电流调节器运算得到一个励磁电压u_d；以转矩电流i_q和零作为输入，经转矩电流调节器得到一个转矩电压u_q；

(4)对励磁电压u_d与转矩电压u_q进行矢量合成，进行空间矢量调制波计算，再与三角波比较生成驱动控制信号驱动永磁同步电机；