[发明专利]永磁同步电动机的控制系统

说明书

本发明涉及永磁同步电动机的控制系统。

用于永磁同步电动机的已有技术控制系统的一个例子如图19所示。

此控制系统包括电流控制单元1、电压坐标变换单元2、三角波发生单元3以及PWM电压运算单元4。

在电流控制单元1中，输入磁通电流指令(instruction)IdRef、转矩电流指令IqRef，以及d轴电流Id和q轴电流(它们是转换到互相正交的d轴和q轴的负载电流)。比较磁通电流指令IdRef和d轴电流Id并发现偏差。也把转矩电流指令IqRef与q轴电流Iq进行比较并发现偏差。然后，根据磁通电流指令IdRef和d轴电流Id之间的偏差，通过比例加积分(proportional-plus-integral)控制发现磁通电压指令VdRef。根据转矩电流指令IqRef和q轴电流Iq之间的偏差，也发现了转矩电压指令VqRef。

在电压坐标变换单元2中，根据电动机磁通角θr把磁通电压指令VdRef和转矩电压指令VqRef从2相转换成3相。发现并输出3相电压控制信号VuRef、VvRef和VwRef。

在三角波发生单元3中，产生一正一负两个具有恒定频率的三角波TRIP和TRIM。这里，假定NPC(中性点箝位)反相器是进行控制的功率转换器。

在PWM电压运算单元4中，把3相电压控制信号VuRef、VvRef、VwRef与三角波TRIP和TRIM相比较，以输出3相PWM电压指令。

通过根据这些3相PWM电压指令控制反相器的输出电压，来控制永磁同步电动机。

例如，在电气学会(交流电动机驱动方式的技术分类·用语整理调查专门委员会)所编著的“交流电动机可变速驱动的基础和应用”一书中，描述了永磁同步电动机的控制方法，有检测回旋磁场的位置并与其一致地控制驱动用逆变器的方式，也有与磁场无关地以开环控制逆变器的输出频率的方式(见144页中的6.4.2节)。

用于永磁同步电动机的这类控制系统，由电流反馈控制来进行电流瞬时值的控制。因此，如果增大电动机的旋转频率，且电动机的端接电压超出反相器的最大输出电压，则此电流控制系统将变得不稳定。因此，需要通以对转矩没有贡献的场削弱电流，使电动机的端接电压不超出反相器的最大输出电压。

然而，通以场削弱电流会产生一些问题，诸如电动机发热以及使反相器的载流量增大等问题。

而且，永磁的磁通也随温度而改变。因此，如果电动机温度变化，永磁的磁通也将发生变化。因此，如果取磁通为常数进行控制，将使输出转矩不遵循转矩指令，且不能进行精确的转矩控制。

此外，应用已有技术的控制，当电动机作惯性运行(coasting)时，反相器不管没有转矩输出的事实而一直工作。这就在反相器中产生了废热，并降低整个系统的效率。

本发明的一个目的是提供一种用于永磁同步电动机的控制系统，它能解决上述各种问题。

依据本发明，提供了一种用于永磁同步电动机的控制系统，它可通过功率转换系统控制永磁同步电动机，它包括一用于永磁同步电动机的控制系统，该控制系统的特征是具有电流指令值运算单元，该单元取转矩指令电动机的角频率和从下述磁通方向电流修正值操作器件输出的磁通方向电流修正值作为其输入，并计算磁通方向电流指令和转矩方向电流指令；电压指令运算单元，它取此电流指令值运算单元输出的磁通方向电流指令和转矩方向电流指令作为其输入，并计算磁通方向电压指令和转矩方向电压指令；极坐标变换单元，它取此电压指令运算单元输出的磁通方向电压指令和转矩方向电压指令作为其输入，并计算电压矢量的大小和相对于磁通轴向的电压矢量角；电压固定单元，它取此极坐标变换单元输出的电压矢量的大小、特定电压矢量的大小和电压固定指令作为其输入，并选中来自所述极坐标变换单元的电压矢量大小或依据电压固定指令的固定电压矢量大小；磁通方向电流修正值运算单元，它取从所述极坐标变换单元输出的电压矢量大小和由所述电压固定单元选中的电压矢量大小作为其输入，并计算所述磁通方向电流修正；调制系数运算单元，它取由所述电压固定单元选中的电压矢量大小和所述功率转换系统的直流耦合电压作为其输入，并计算所述功率转换系统的调制系数；转矩电流控制单元，它取从所述电流指令值运算单元输出的转矩方向电流指令和转矩电流实际值作为其输入，并计算转矩角修正值；PWM电压发生单元，它取从所述调制系数运算单元输出的调制系数、从所述极坐标变换单元输出的电压矢量角和从所述转矩电流控制单元输出的转矩角修正值与永磁磁通角之和作为其输入，并对所述功率转换系统输出PWM电压指令。