一种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法及装置，包括：由逆变器发送到永磁同步电机PMSM端的当前电压预算下一时刻的直轴电流；将下一时刻的直轴电流与最大保护电流进行比较；如果下一时刻的直轴电流小于最大保护电流，则继续发送当前电压到PMSM端；如果下一时刻的直轴电流大于或等于所述最大保护电流，则由保护直轴电流和保护交轴电流重新分配电压，将重新分配的电压发送到PMSM端。通过调整电压，使下一时刻的直轴电流趋于正常，在PMSM工作负载不变的情况下，将重新分配的电压发送到PMSM端。通过对下一时刻的直轴电流进行预算，模拟了PMSM的实际运行情况，并且在下一时刻直轴电流超限时，进行保护。
【专利说明】一种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁同步电机控制【技术领域】，特别涉及一种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法及装置。
【背景技术】
[0002]永磁同步电机(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor)传动系统是指以PMSM为控制对象，通过调频调压方式控制永磁同步电机的转速和转矩的一种新型传动系统。相对于传动的以异步电机为控制系统的交流传动系统而言，PMSM传动系统有着结构简单、功率密度大，低速输出扭矩大，效率高，维护方便等一系列交流电机无法媲美的优势，正逐渐取代异步电机交流传动系统，成为未来的主流。
[0003]PMSM传动控制系统中，PMSM的直轴电流直接影响电流角度的分配，影响PMSM工作时的功率因素及系统的无功发热损耗，且在高速时，直接影响到PMSM的弱磁性能发挥，更重要的是，转子永磁体材料的永久退磁也与直轴电流的大小有关，如果直轴电流超过永磁体的退磁电流,永磁体将产生不可恢复的退磁，因此，PMSM直轴电流分量的保护尤为重要。
[0004]现有技术中，从永磁电机设计角度出发，通过对永磁体最大工作点的限定对直轴电流过大而引起的永磁体永久失效进行保护。
[0005]参见图1，该图为永磁体B-H曲线的退磁段曲线图。
[0006]图1中给出了永磁体B-H曲线的退磁段，电动机工况时，永磁体在这段工作；电机空载，气隙对永磁体有一些退磁，空载永磁体工作点A点，负载时直轴电流的电枢会产生进一步的退磁效应，即最大负载永磁体的工作点B点，当电机发生短路颠覆工况，产生最差的退磁效应如C点，如果C点工作在拐点以下，将会使永磁体产生可逆退磁，因此，将永磁电机短路引起最差退磁时工作点设计在永磁体拐点以上，或者跟永磁体磁力线拐点相当，避免直轴电枢退磁效应过大而引起的永磁体永久失磁。
[0007]而从电机控制策略角度出发，目前国内外没有专门针对直轴电流保护进行描述的文章，只有在介绍矢量控制策略文献中，因为配合控制需要，对当前的给定值进行限定，其主要的实现方式是，在通过转矩或者转速PI调节器得到交轴电流通过最大转矩电流比，得到直轴电流给定id—Mf，在此基础上加上限定条件如下:I id—I <id—?AX。
[0008]现有方案从电机设计角度出发，设计直轴最大工作电流时候的永磁工作点与拐点相当或者在拐点以上，预防直轴电流分量过大引起的转子永磁体永久失效，但是真实电机工作电机直轴电流处于未知状态，如果系统崩溃真实的直轴电流过大，依然会造成永磁体的永久失效。
[0009]现有方案从控制角度出发，控制中对给定的直轴分量进行限定，只用来防御电流给定不超出电机安全工作的范围，并未对当前电机真实直轴电流和当前电压使电机产生下时刻电流进行保护，如果电机电流失控，都会使永磁电机产生失磁现象。
[0010]现有技术中，在PMSM传动系统中，都只对当前的给定直轴电流进行限定保护，并没有对当前的电压引起的下一时刻的直轴电流进行预计。如果下一时刻的直轴电流较大，将导致PMSM传动系统的无功分量过大，系统功率因素低、损耗大，导致系统产生严重故障。
【发明内容】
[0011 ] 本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法及装置，能够准确预计下一时刻的直轴电流，并根据预计的直轴电流进行保护。
[0012]本发明实施例提供一种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法，包括以下步骤:
[0013]由逆变器发送到永磁同步电机PMSM端的当前电压预算下一时刻的直轴电流id(K+l) ;1(表示当前时刻，K+1表示下一时刻；
[0014]将所述下一时刻的直轴电流与最大保护电流idjOTtec;t进行比较；所述最大保护电
流 id_protect
为预定值；
[0015]如果所述下一时刻的直轴电流id(K+l)小于所述最大保护电流idpMteet，则继续发送所述当前电压到所述PMSM端；
[0016]如果所述下一时刻的直轴电流id(K+l)大于或等于所述最大保护电流id—_eet，则由保护直轴电流和保护交轴电流重新分配电压，将重新分配的电压发送到所述PMSM端。
[0017]优选地，由发送到永磁同步电机PMSM端的当前电压预算下一时刻的直轴电流id(K+l)；
[0018]
【权利要求】
1.一种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法，其特征在于，包括以下步骤: 由逆变器发送到永磁同步电机PMSM端的当前电压预算下一时刻的直轴电流id(K+l)；K表示当前时刻，K+1表示下一时刻； 将所述下一时刻的直轴电流与最大保护电流id—进行比较；所述最大保护电流id—protect 为预定值； 如果所述下一时刻的直轴电流id(K+i)小于所述最大保护电流则继续发送所述当前电压到所述PMSM端； 如果所述下一时刻的直轴电流id(K+l)大于或等于所述最大保护电流id—，则由保护直轴电流和保护交轴电流重新分配电压，将重新分配的电压发送到所述PMSM端。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法，其特征在于，由发送到永磁同步电机PMSM端的当前电压预算下一时刻的直轴电流id(K+l)；
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法，其特征在于，所述由保护的直轴电流和交轴电流重新分配电压，具体包括: 将所述最大保护电流id—作为PMSM的保护直轴电流i' d (K+1)； 由所述保护直轴电流计算保护交轴电流； 由所述保护直轴电流和保护交轴电流计算重新分配电压。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法，其特征在于，所述由所述保护直轴电流计算保护交轴电流P ,(K+1)，具体为:
5.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护方法，其特征在于，如果所述下一时刻的直轴电流id(K+i)大于或等于所述最大保护电流id pMtert，还包括:在直轴电流PI调节器中加入所述直轴电流，具体为:
6.—种永磁同步电机传动系统的直轴电流保护装置,其特征在于,包括:下一时刻直轴电流预算单元、直轴电流比较单元、电压发送单元和电压重新分配单元； 所述下一时刻直轴电流预算单元，用于由发送到永磁同步电机PMSM端的当前电压预算下一时刻的直轴电流id(K+l) ；K表示当前时刻，Κ+1表示下一时刻； 所述直轴电流比较单元，用于将所述下一时刻的直轴电流与最大保护电流行比较；所述最大保护电流id—为预定值； 所述电压发送单元，用于当所述直轴电流比较单元确定所述下一时刻的直轴电流id(K+l)小于所述最大保护电流id pMtert时，则继续发送所述当前电压到所述PMSM端； 所述电压重新分配单元，用于当所述直轴电流比较单元确定所述下一时刻的直轴电流id(K+l)大于或等于所述最大保护电流则由保护直轴电流和保护交轴电流重新分配电压，将重新分配的电压发送到所述PMSM端。`
7.根据权利要求6所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护装置，其特征在于，所述下一时刻直轴电流预算单元，由发送到永磁同步电机PMSM端的当前电压预算下一时亥IJ的直轴电流id(K+l)由以下公式来实现:
8.根据权利要求6所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护装置，其特征在于，所述电压重新分配单元包括:保护直轴电流确定子单元、保护交轴电流确定子单元和重新分配电压确定子单元； 所述保护直轴电流确定子单元，用于将所述最大保护电流id—作为PMSM的保护直轴电流i' d(K+l)； 所述保护交轴电流确定子单元，用于由所述保护直轴电流计算保护交轴电流； 所述重新分配电压确定子单元，用于由所述保护直轴电流和保护交轴电流计算重新分配电压。
9.根据权利要求8所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护装置，其特征在于，所述保护交轴电流确定子单元通过以下公式由所述保护直轴电流计算保护交轴电流；
10.根据权利要求6或7所述的永磁同步电机传动系统的直轴电流保护装置，其特征在于，还包括:直轴电流PI调节修正单元； 所述直轴电流PI调节修正单元，用于当直轴电流比较单元确定所述下一时刻的直轴电流id(K+l)大于或等于所述最大保护电流id pMtert时，在直轴电流PI调节器中加入所述直轴电流，修正后的直轴电流PI调节器的公式具体如下:
【文档编号】H02H9/02GK103490398SQ201310487948
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】冯江华, 刘可安, 许峻峰, 何亚屏, 文宇良, 尚敬, 张朝阳, 刘雄 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司