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同步磁阻电机开环矢量控制技术

时间:2019-11-26来源:伟创电气

导语:在之前文章有介绍到同步磁阻电机(Synchronous Reluctance Motor,SynRM)的特点及优势,(伟创电气--AC310系列变频器完美驱动同步磁阻电机)。正因为其相较于异步电机以及永磁同步电机独特的优势,使其在传统的传动领域和新兴的电动汽车驱动等领域都有良好的应用前景。

  从结构和原理上来看,SynRM更像是一个去掉了永磁体的永磁同步电机,他们有着较为相似的数学模型。因此,对于SynRM的驱动方式:硬件上,与成熟的永磁同步电机驱动平台完全兼容,降低了同步磁阻电机驱动控制系统的成本费用;软件上,根据同步磁阻电机的数学模型特点,开发出一种全新的磁链观测器用于实现该类电机的矢量解耦控制。其开环矢量控制框图如下。

 伟创电气变频器.png

  开环矢量控制可以使同步磁阻电机获得较好的动静态性能,但对电机参数的依赖性强,模型中电机参数的准确度直接影响控制器带宽设计是否合理,以及磁链观测、速度观测的精度,进而影响系统的调速性能。同步磁阻电机的参数相比于永磁同步电机变化更为剧烈,为控制带来难题。

  针对上述的问题及特点,我司在AC310平台上对同步磁阻电机开环矢量控制技术进行了深入研究及优化,使其获得优异的动静态性能。具体显著成果如下:

  (1)基于现有领先的矢量控制软件平台,采用全新的磁链观测器,实现较低的电机参数敏感性,准确的转子位置观测以及精确的电流解耦。

  (2)全新的电机电感饱和特性学习。由于SynRM依靠磁阻转矩运行,电机磁路饱和现象明显,电机电感参数受磁路饱和影响较大,直轴电感Ld、交轴电感Lq并非定值,严重影响暂态响应和精确控制,使电机的控制性能不能达到最优。AC310除了常规的自学习外,新开发出电感参数饱和学习功能,学习时间短,学习精度高,通过学习可以获得不同磁场饱和程度下的电机d,q轴电感饱和特性参数,从而对电机进行更加精确的控制。下图为一款实际现场使用的同步磁阻电机电感饱和曲线学习结果。

 伟创电气变频器维修.png

  (3)MTPA控制。对于同步磁阻电机而言,转子无绕组不存在铜耗,损耗主要集中在定子侧。采用最大转矩电流比控制,在产生相同转矩的情况下,最优地分配dq轴定子电流,使定子电流最小,进而使定子铜耗最小达到效率最优。

  根据转矩表达式:

图片1.png 

  若认为电感为恒值,当图片2.png时,相同的定子电流下输出的转矩最大。但是电机实际运行中,磁饱和对电机参数影响很大,这时最优的转矩角图片3.png会偏离图片4.png,采用恒流角45°控制无法实现效率最优控制。通过电机电感饱和特性学习整定出MTPA曲线,自动调整电流角,从而任意频率和负载下获得最优效率控制,将同步磁阻电机能效发挥至IE4及以上标准。

伟创电气电机.png 

  (4)弱磁控制。基速以下对电机进行MTPA控制,在基速以上进行弱磁控制,最大程度地利用电压极限从而实现输出转矩最大化,扩大恒功率范围。

  以下为部分测试波形图:

伟创电气电机维修.png 

  加减速时间0.1s,空载从0到额定频率急加速和急减速

 伟创电气电机工作原理.png

  加减速时间0.1s,满载从0到额定频率急加速和急减速

 伟创电气电机类型.png

  突加和突卸180%额定负载

 伟创电气电机价格.png

  1.3倍额定转速突加、突卸满载

 伟创电气AC310变频器.png

  输入电压降低20%,额定转速额定负载极限测试

  总结:

  AC310变频器同步磁阻电机开环矢量控制技术可以稳定可靠地驱动同步磁阻电机,并取得了优异的控制效果,这是国内首家将同步磁阻电机控制技术实现通用产品化。源于驱动无止境的追求精神,伟创电气会不断为客户提供最新最优的电气传动解决方案。


标签: 电机

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