基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机

内置式永磁同步电机(IPMSM)受转子凸极性的影响,绕组电感随转子磁极位置呈周期变化。考虑到上述特征,提出一种基于高频信号注入的IPMSM转子初始位置检测方法。将高频信号依次注入定子两相绕组,并提取定子绕组高频信号线电压,运算处理后获得没有考虑转子磁极极性的初始位置角。随后注入脉冲电压矢量进行转子极性判断,从而获得准确的初始位置角。理论分析和试验结果表明,该方法对电阻参数依赖较小,不受逆变器非线性和电流传感器检测精度的影响,能够准确检测转子初始位置角,满足IPMSM平稳起动的要求。     

基于高频电压注入的永磁同步电机参数辨识方法

中大功率工业应用中,变频器到电机之间长电缆分布参数、变频器输出频率限制将直接影响高频注入法对电机参数辨识精度。考虑多种限制条件,提出了一种基于曲线拟合的定子电阻计算方法,研究了基于高频注入的永磁电机电感参数辨识方法,重点分析了不同注入信号选择对参数辨识精度的影响,为注入信号的选择提供了依据。通过实验证明了该方法的实用性与有效性,对工业应用电机参数辨识具有重要指导意义。     

内置式永磁同步电机电感参数的研究

分析了永磁体磁势和电枢磁势共同作用时内置式永磁同步电机的电感特性,基于交流静态法,提出了一种改进的测量内置式永磁同步电机定子自感和互感以及交直轴电感的方法。为了考虑饱和和交叉耦合效应对电感参数的影响,该方法首先根据所测电压和电流数据计算出不同转子位置和电流下的磁链,然后根据磁链计算出电机自感和互感以及交直轴电感参数,并应用该方法进行了实测研究。结果表明,实测结果与有限元分析结果吻合较好,验证了该方法的可行性和有效性。     

考虑逆变器非线性永磁同步电机高频注入电感辨识方法

针对永磁同步电机(PMSM)传统的电感辨识方法受逆变器非线性影响的问题,该文提出一种考虑逆变器非线性影响的高频注入电感参数辨识方法.该方法在两相静止坐标系下注入高频旋转方波电压,并提出一种可抑制逆变器非线性的信号构造方法,采用该构造方法对两相静止坐标系下高频响应电流差值进行构造,得到永磁同步电机dq轴电感参数辨识信号.根据误差分析给出高频注入信号的选取方法.基于1.5kW内置式永磁同步电机(IPMSM)的实验结果表明,所研究方法能实现考虑饱和的电感参数辨识,具有收敛速度快、能够有效抑制逆变器非线性的影响、易于工程实现的优点.     

考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法

实现对永磁同步电机调速系统高性能控制的基础是准确的数学模型和电机参数,其中电感参数对电机的稳态和动态运行性能影响较大,而对于内置式永磁同步电机而言电感除了受凸极结构影响之外,还受磁路饱和等因素的影响。考虑到定子电流引起的磁路饱和效应与交叉耦合效应对电感的影响,基于矢量控制技术分别提出了d轴和q轴电感旋转辨识新算法,即d轴复合电流激励法和转矩调整法。为了提高电感辨识准确度,还采用基于电压误差曲线的补偿算法对逆变器非线性因素引起的输出电压误差进行了补偿。最后在电机控制实验平台上通过实验验证了提出的电感辨识算法的可行性和有效性。     

基于电感辨识的内置式永磁同步电机电流模型预测控制

为了开发内置式永磁同步电机的电流模型预测控制算法,针对被控对象模型的非线性特点在控制器的设计过程中通过扩张转速相关状态的方式获得线性的预测模型,将d-q坐标系下的定子电压和电流的二次不等式形式的约束用一系列的线性不等式来近似以简化预测算法的复杂性,由此把该模型预测控制问题转化为线性约束系统的多参数二次规划问题,通过离线求解获得全部最优控制状态反馈规律,解决了传统模型预测控制算法在线计算量大的问题.同时考虑到参数的时变特性,采用带遗忘因子的递推最小二乘法对交直轴电感参数进行在线辨识,将辨识结果用于扩张状态的参数和目标控制电压的计算中,提高了该电流控制器的鲁棒性.     

基于高频注入法的内置式永磁同步电机无传感器控制

针对零低速下内置式永磁同步电机的无位置传感器控制方法存在精度低、稳定性差等问题,提出了一种滑膜控制下的基于脉振高频注入法的无位置传感器控制方法。基于电机的固有或人为的凸极效应,脉振高频注入法对电机的基波方程和参数没有依赖性,可有效估算出包括零速在内的电机转子位置和速度,实现永磁同步电机的无速度传感器控制。仿真结果表明,内置式永磁同步电机在滑模控制下能在低转速突变、负载转矩扰动的情况下,快速、准确估算转速和转子位置,动态性能好,鲁棒性强。     

基于高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机控制

低速运行控制是无传感器永磁同步电机控制系统的关键技术之一。为提高无传感器PMSM矢量控制系统的低速性能,深入研究了一种基于高频脉振电压注入的转子位置估计方法。在估计的转子参考坐标系中注入脉振的高频电压信号,通过检测IPMSM定子侧的高频电流响应并对其进行适当的信号处理,获得了估计的转子位置和转速,实现了采用高频脉振电压注入法的无传感器速度控制。仿真结果表明该方法对电机转子位置和转速都具有良好的跟踪效果,能够使电机稳定有效地运行在低速甚至零速度状态。     

基于信号注入的永磁同步电机电阻辨识方法

针对永磁同步电机在运行过程中定子电阻发生变化的情况,提出了一种基于直接转矩控制的永磁同步电机电阻辨识方法。利用电磁转矩与电流之间的关系,通过叠加参考电磁转矩来激发定子绕组中的直流偏置电流,使得直流信号能够注入到永磁同步电机定子绕组中,最后利用电压和电流的直流分量计算定子电阻。该方法不会干扰永磁同步电机的正常运行,也不涉及硬件上的改变。搭建了仿真模型,仿真结果验证了该方法的有效性。     

永磁同步电机静止状态下电感参数辨识

为了在静止状态下能更加简单有效的辨识永磁同步电机交-直轴电感,本文提出了三种实用的实验法。带直流偏置的交流注入法在频域内运用傅里叶变换对电感求解;指数回归分析法在时域内对电流响应进行指数拟合,能够较好的考虑到磁饱和效应;线性回归分析法在时域内对电流响应进行线性拟合,克服了指数回归法中电感辨识对电阻值的依赖。在基于TMS320F28062芯片的永磁同步电机调速平台上进行了实验,并对三种方法的辨识结果进行了对比和分析,实验结果说明了以上方法的有效性。     

基于高频信号注入的永磁同步电机MTPA优化

针对传统永磁同步电机(PMSM)调速系统效率优化中存在的参数依赖性问题,提出了一种PMSM鲁棒自调节最大转矩电流比(MTPA)优化方法。通过在定子电流矢量角上叠加一个高频正弦小信号,采取数字信号处理提取出反应转矩变化规律的功率信号,并以PI调节器锁定出最优定子电流矢量角。此外,内环电流调节器补偿了鲁棒MTPA的动态响应性能。最后,22 k W实验样机验证了所提鲁棒MTPA方法的动、稳态性能及运行效率。     

基于旋转高频注入的内置式永磁同步电机初始位置检测算法

旋转高频电压注入法检测内置式永磁同步电机(IPMSM)初始位置时,针对信号滤波和数字控制延时会增大检测误差的问题,提出基于自调整轴系幅值收敛(SFAC)的位置信号解调算法。首先,将电流变换到两相自调整轴系中,变换角度为磁极位置估计角度+π/4,从而无需补偿数字控制延时造成的相位偏差。其次,采用递推离散傅里叶变换(DFT)计算两相自调整轴系的电流幅值,其幅值二次方差经过锁相环输出的磁极位置估计角度,再结合电压脉冲注入法判断磁极极性。其信号解调过程无需滤波处理,从而避免了滤波器的相移问题。最后,将所提的SFAC算法与同步轴系高通滤波器(SFHF)算法进行对比分析,并通过实验验证了算法的正确性和优越性。     

内置式永磁同步电机交叉耦合电感分析

内置式永磁同步电机d、q轴间存在交叉耦合,对大转矩高饱和运行工况影响显著.在永磁同步电机的有限元模型基础上,采用冻结磁导率的方法分离出内置式永磁同步电机的交叉耦合磁链及其电感,并据此重建转矩方程,进而分析交叉耦合对于内置式永磁同步电机电磁转矩的影响.     

基于虚拟信号和高频脉振信号注入的无位置传感器内置式永磁同步电机MTPA控制

为了降低传统内置式永磁同步电机(IPMSM)低速无位置传感器控制系统中的铜耗,该文提出一种基于虚拟信号和高频脉振信号注入的最大转矩电流比(MTPA)无位置控制技术,以提高电机的转矩输出能力和系统效率.为避免两种控制算法相互干扰,与传统虚拟信号注入MTPA控制策略不同,该文提出的方法在估计的dq轴上注入直流信号,通过功率计算来跟踪MTPA工作点.该MTPA策略不会引起额外的损耗且不依赖于电机参数.与此同时,由于注入信号为直流信号,无位置传感器控制精度并不会受到影响.实验结果表明,所提方法在不同负载转矩、不同转速等工况下,能够在准确追踪MTPA工作点的同时准确地在线估计转子位置.     

高频脉振信号注入永磁同步电机无滤波器初始位置辨识方法

针对传统高频信号注入永磁同步电机转子初始位置辨识方法中滤波环节产生的相移影响最终辨识精度的问题,提出一种无滤波器高频脉振信号转子初始位置辨识方法.该方法较传统利用低通滤波器分离高频信号分量方法,改进为利用估计直轴和估计交轴响应电流信号进行解调,去除高频分量,对解调后的信号进行锁相,辨识出转子初始位置.提出利用磁路饱和效...     

基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制技术综述

无传感器控制技术有利于改善永磁同步电机驱动系统的可靠性,降低系统成本,已经成为交流电机传动领域的一项热门及前沿技术。高频注入法利用电机的凸极特性估计转子位置,不依赖电机反电动势模型,非常适合永磁同步电机零速及低速运行。针对高频电压信号注入法进行调研和整理归纳,并将这些方法总结为传统的高频正弦波注入法、改进的高频正弦波注入法和高频非正弦波注入法三类。首先,分别介绍每类方法中的典型实施方案,并指出各个方案的优缺点;其次,针对三类方法的异同点进行分析比较;最后,对基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制技术的发展趋势进行展望。     

基于旋转坐标系解调的内置式永磁同步电机旋转高频注入法位置观测

旋转高频注入法作为内置式永磁同步电机(IPMSM)在静止和低速范围内位置观测的典型方案,具有较好的稳定性,但其观测精度受到数字控制延时和解调滤波延时的影响,使得位置观测精度受到限制。针对此,该文提出一种基于旋转坐标系的高频电流信号提取和位置解调方案,并通过正、负序高频电流相位关联信息,实现控制延时和解调延时的自动补偿,提高旋转高频注入法的位置解调精度。本方案同样在静止坐标系下进行高频电压信号的注入,但高频信号提取和位置解调过程却以估算的转子同步旋转坐标系为参考,在此坐标系下,正、负序高频电流具有相同的频率,从而使得解调延时对正、负序高频电流具有相同大小的相位影响,为通过正序高频电流相位信息消除负序高频电流相位误差提供了条件,进而提升转子位置的解调精度。18kW IPMSM的实验结果验证了本方案的有效性。     

高频信号注入无速度传感器永磁同步电机控制系统

介绍了一种基于脉振高频电压信号注入的永磁同步电机转子位置和速度估算方法,并以此为基础实现了永磁同步电机的无速度传感器矢量控制系统.无论是内埋式还是表面贴式永磁同步电机,其交直轴高频阻抗都可以表现出凸极效应,当脉振高频电压信号注入到定子线圈中时,相应的高频电流信号将包含有转子的位置信息,用一种合适的算法可以提取这一信息.在高速和低速(包括零速)运行时,这种方法都可以精确地估算出转子的位置.最后,以内埋式永磁同步电机为例,给出了这种方法的仿真结果,验证了这种方法的有效性.     

内置式永磁同步电机电抗参数分析

内置式永磁同步电机电抗参数无论对电机的电动运行性能还是发电运行性能都有着重要影响。首先分析了磁钢成V型排列的内置式永磁同步电机的电抗特性,计算得到了不同转子结构的电抗参数,总结了该种结构的永磁同步电机电抗参数随磁钢结构的变化规律,然后分析了不同磁钢结构即不同凸极率下内置式永磁同步电机的外特性变化规律,并解释了发生变化的原因。