一种电励磁同步电机的电流协调控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电机控制领域，特别涉及一种电励磁同步电机的电流协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 在一些重要应用场合，如电梯驱动、重型机床、矿山机械、船舶电力推进，为了提高 控制精度和运行可靠性，低速大转矩直接驱动方式使用较多，同时，在电动汽车驱动中，短 时间歇性过载运行方式期望电机能够输出高倍数的过载转矩。在转速及位置动态响应要求 极高的场合，如高压断路器电动机驱动操动机构，有效动作时间为数十ms，要求电机不但能 输出多倍过载转矩，并且转矩响应速度能达到ms量级。因此，提高电机稳态输出转矩能力 与动态过程中的转矩响应速度是电机调速系统所面临的两大问题。对永磁电机而言，电枢 反应会引起转矩分量方向上的磁路饱和，限制了电机的过载能力，而转矩响应速度则取决 于定子电压能力和电枢电感。异步电机没有永磁同步电机重载运行下的磁路饱和问题，同 时转矩响应速度快，气隙磁链恒定控制下，最大转矩受制于转子漏感，同时异步电机磁链定 向准确性一直是控制中的难题。电励磁同步电机由于转子绕组电压可控，理论上不存在转 子电流大小受限制的问题，重载下可以通过定、转子电流的协调控制克服磁路饱和问题，过 载能力更强，同时能获得漏感对应的电流响应速度，转矩响应速度快。在电励磁同步电动机 已有的研究中，有阻尼绕组电励磁同步电机使用更为广泛，阻尼绕组可以加快转矩电流响 应速度，但动态过程中气隙磁链定向矢量控制十分复杂，并且随着动态过程的结束，阻尼绕 组电流逐步衰减，无法抵消定子电流电枢反应作用，单纯依靠阻尼绕组的作用难以输出多 倍过载转矩。而针对无阻尼绕组的电励磁同步电机相关研究较少，主要围绕传统基本控制 策略的改善而展开，几乎没有相应研究同时解决输出转矩能力和转矩响应速度两个问题。 本发明意在通过提出相应的控制策略同时解决输出转矩能力和转矩响应速度两个问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提出一种电励磁同步电机的电流协调控制方法，其特征在于，该 方法是基于q轴气隙磁链定向的电流协调控制方法；包括：
[0004] 1)首先dq轴定义如下，d轴方向为转子直流绕组轴线所在方向，q轴方向为超前 于d轴电角度90°方向；
[0005] 2)以定子交流绕组的q轴电流作为励磁电流，用于产生气隙磁场，维持定子气隙 磁链为恒定值，该气隙磁链恒定值决定定子q轴电流大小；
[0006] 3)转子直流绕组位于d轴方向，转子电流作为转矩电流，与气隙磁场共同作用，产 生电磁转矩，转矩指令及气隙磁链指令决定转子电流指令；
[0007] 4)定子交流绕组的d轴电流作为补偿电流，使得d轴方向上的定、转子气隙磁动势 对消，据此得到定子d轴电流指令；电流协调控制是指定子q轴电流基本维持恒定，而转子 电流与定子d轴电流之间维持固定的比例，随转矩指令快速调节；
[0008] 5)根据电流传感器检测到的定子三相电流ia、ib、i。及进行abc/dq坐标变换，以 转子位置角Θ计算得到三相电流的同步旋转坐标系下的值isd，isq。
[0009] 所述气隙磁链指令值Φ /与转矩指令值T /通过矢量控制器完成电流协调控制； 从而得到定、转子电流指令部分的计算内容，即：根据气隙磁链指令值，按照公式
· 算定子q轴电流指令值，并按照公式<
计算定子d轴电流指令值；根据转矩 指令值7Λ按照公式
十算转子电流指令值；根据定子d轴电流与转子电流 的d轴方向，确定定、转子气隙磁动势对消；
[0010] 其中，y/为转子电流指令值，φ /为定子气隙磁链指令值，TT为转矩指令，Ld5为 定子d轴电枢反应电感，Mafd为定子A相绕组轴线与转子绕组d轴轴线对齐时定子A相绕组 与转子绕组之间的互感，np为电机极对数。
[0011] 所述电流指令is/、isq' i/分别与坐标变换后的定子dq轴电流i sd、isq与检测的 转子电流if经过差运算，经过PI调节器，得到定子dq轴电压指令u s/、iC和转子电压指令 氺
Uf O
[0012] 根据气隙磁链指令值，按照公式* t算定子q轴电流指令值。
[0013] 本发明的有益效果是通过采用q轴气隙磁链定向的电流协调控制方法，使得d轴 方向定、转子气隙磁动势对消，克服了重载情况下转矩电流方向磁路的饱和，基本维持了输 出转矩与转矩电流之间的线性关系，提高了电机的输出转矩能力，同时加快了转矩响应速 度。此外，气隙磁链恒定控制不会造成重载下定子电压进一步提升，降低了对变频器输出电 压容量的要求。使输出转矩能力和转矩响应速度两个问题得到解决。
【附图说明】
[0014] 图1电励磁同步电机电流协调控制方法框图
[0015] 图2电励磁同步电机主电路结构示意图
【具体实施方式】
[0016] 本发明实施例提供了 一种电励磁同步电机的电流协调控制方法，通过d轴方向定 转子气隙磁动势对消，克服了重载情况下转矩电流方向磁路的饱和，提高了电机的输出转 矩能力，同时加快了转矩响应速度。
[0017] 下面结合附图对本发明实施例进行详细描述：【具体实施方式】如下：
[0018] 如图1所示为本发明电流协调控制方法框图，图2为电励磁同步电机主电路结构 示意图。
【具体实施方式】 [0019] 如下：
[0020] 根据图1所示电流协调控制系统框图，控制系统给定为气隙磁链指令值Φ /与转 矩指令值T/，输入到电流协调控制运算器，得到定子d轴电流指令值is/、定子q轴电流指 令值i:、转子电流指令值i/。定子三相绕组电流检测值i a、ib、i。、转子电流检测值if和旋 变或码盘检测到的电励磁同步电机转子位置角Θ输入到dq/abc坐标变换模块，输出为定 子d轴电流检测值isd，定子q轴电流检测值isq。定子d轴电流指令值is/与定子d轴电 流检测值i sd经过减法运算器，输入到d轴PI调节器，输出为d轴电压指令u s/;定子q轴 电流指令值与定子q轴电流检测值i sq经过减法运算器，输入到q轴PI调节器，输出为 q轴电压指令U:;转子电流指令值i /与转子电流检测值i f经过减法运算器，输入到转子 PI调节器，输出为转子电压指令u/。电压指令