永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法，電機轉(zhuǎn)速和參考速度作對比，其差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制逆變器的導通角；過零檢測模塊檢測反電動勢和相電壓過零點時間差△t，通過公式計算功率因數(shù)角，其中f為電網(wǎng)頻率，將功率因數(shù)角作為超前調(diào)整角與導通角相加，相加角作為逆變器的開關導通角。簡單易實現(xiàn)，不用添加額外的設備和硬件模塊，具有成本優(yōu)勢。且因為反電勢和hall的對應關系使得反電勢的檢測過程變得非常簡單，主要工作量放在檢測相電流過零點即可，由反電勢和相電流波形過零點之間的時間差來計算功率因數(shù)角，所得結果最接近其物理意義，避免了由其他物理量間接求解時的系統(tǒng)誤差累積，準確性高。
【專利說明】永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機控制技術，特別涉及一種永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法。

【背景技術】
[0002]永磁同步電機具有結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高、易于維護的優(yōu)點，在越來越多的領域得以應用。然而，在傳統(tǒng)的電機控制中超前角調(diào)整有一定的盲目性，這使得在電機控制系統(tǒng)中電壓利用率不高的同時，也增加了電機的運行噪聲，使電機的運行特性不佳。目前調(diào)整超前角的方法主要有兩種:一種是給超前角賦固定的值。該方法忽略了超前角會隨著電機負載的變化而變化的事實，實時性差，運行特性不好；另一種超前角調(diào)整方法雖然在算法里實時更新賦值，但超前角計算依賴實驗和經(jīng)驗，缺少科學依據(jù)，準確性不佳，如附圖1所示傳統(tǒng)超前角調(diào)整系統(tǒng)框圖。隨著永磁同步電機在控制系統(tǒng)特別是伺服系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，對永磁同步電機的控制要求也越來越高，新的超前角調(diào)整策略的研究就顯得很有必要。
[0003]永磁同步電機沒有傳統(tǒng)直流電動機的電刷和機械換向器，是由永磁同步電機本體，轉(zhuǎn)子位置檢測器(BQ)和電子開關電路(如附圖2所示全橋式驅(qū)動電路圖)組成的電動機系統(tǒng)。典型的轉(zhuǎn)子位置傳感器有光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器和霍爾(hall)傳感器等，比較常見的是hall元件。電機的換相信息由hall傳感器提供:hall元件通過感應電機定、轉(zhuǎn)子之間的相對位置關系給全控橋逆變電路提供開關信息，控制電子開關的導通角度來改變占空比，從而控制三相電源的導通順序和導通時間以此達到控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的目的。hall傳感器的位置輸出反應反電勢的信息，所以以hall位置信號為參考相位，依據(jù)霍爾狀態(tài)生成的正弦波相電壓和轉(zhuǎn)子反電勢同相位。但由于電機是感性元件，其相電流要滯后相電壓一定的角度，也就是功率因數(shù)角，如附圖3所示相電壓、相電壓過零檢測示意圖。亦即相電流會滯后反電動勢一個功率因數(shù)角，這就使相電流和反電勢在相位上不能很好地契合，降低電壓利用率的同時還會增加電機的噪聲，而霍爾最大轉(zhuǎn)矩輸出時，電機相電流與反電勢同步，因此需要調(diào)整電壓相位以使相電流和反電勢同相位。由此可見，如何提供合適的補償角來擬合反電勢和相電流之間的相位差成為超前角控制的關鍵所在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是針對相電流和反電勢相位差導致電壓利用率低的問題，提出了一種永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法，使得相電流和反電勢同相位，避免由相位差引起的電機噪聲和電壓效率降低。
[0005]本發(fā)明的技術方案為:一種永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法，電機轉(zhuǎn)速和參考速度作對比，其差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制逆變器的導通角；過零檢測模塊檢測反電動勢和相電壓過零點時間差Λ ?，通過公式爐=2#/Δ?計算功率因數(shù)角，其中/為電網(wǎng)頻率，將功率因數(shù)角作為超前調(diào)整角與導通角相加，相加角作為逆變器的開關導通角。
[0006]所述相電流過零檢測模塊檢測方法:當電機穩(wěn)定運行時，先通過反電勢的過零檢測測得反電勢過零點，以此作為參考時間節(jié)點，啟動相電流過零檢測，直到檢測到相電流過零點的時候，結束檢測，其間的時間差便是反電勢和相電流的零點之間的時間差。
[0007]所述反電勢的過零檢測可利用反電勢和hall位置信號的對應關系，通過對應反電勢過零點時的hall相位作為參考時間節(jié)點；所述電流過零點檢測的相電流可為流經(jīng)晶閘管的內(nèi)阻經(jīng)過放大器之后得到的相電流。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法，方法的突出優(yōu)點是簡單易實現(xiàn)，不用添加額外的設備和硬件模塊，只在軟件上做相應改變便能實現(xiàn)，所以具有成本優(yōu)勢。且因為反電勢和hall的對應關系使得反電勢的檢測過程變得非常簡單，主要工作量放在檢測相電流過零點即可，由反電勢和相電流波形過零點之間的時間差來計算功率因數(shù)角，所得結果最接近其物理意義，避免了由其他物理量間接求解時的系統(tǒng)誤差累積，準確性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為傳統(tǒng)超前角調(diào)整系統(tǒng)框圖；
圖2為全橋式驅(qū)動電路圖；
圖3為相電壓、相電壓過零檢測示意圖；
圖4為本發(fā)明永磁同步電機超前角調(diào)整矢量圖；
圖5為本發(fā)明感性負載功率因數(shù)角示意圖；
圖6為本發(fā)明過零點時間差計算流程圖；
圖7為本發(fā)明改進超前角調(diào)整系統(tǒng)框圖。

【具體實施方式】
[0010]一、永磁同步電機超前角調(diào)整分析
由圖4永磁同步電機超前角調(diào)整矢量圖可以看出，以hall位置信號作為參考，不做超前角調(diào)整時的相電壓《、反電勢A是同相的，這也是正弦波控制的特點。且相電壓和反電勢都超前于相電流i 一個功率因數(shù)角0，為了提高系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩和電壓利用率，給相電壓一個超前角〃，這就使得全橋逆變器在原控制要求的導通角的基礎上提前導通a角度，矢量圖4中的相位關系變?yōu)楹谏毺摼€位置，可見縮小了相電流i與反電勢Etl之間的夾角，此時兩者之間的夾角為Φ-α。且電機的有功功率為:
P = Eaicose= Effi€05(φ- a)(I)
式中〃為相電壓超前角a后反電勢和相電流之間的夾角。
[0011]可知當β越來越小時，有功越大，轉(zhuǎn)矩也越大，也就意味著在同樣負載的情況下能量利用效率越大。當β為零時，給全橋電路提前導通一個功率因數(shù)角Φ的角度，此時矢量圖4中的相位關系變?yōu)楹谏痔摼€位置，即i’和u’位置，可見，此時反電勢^與相電流i’同相，hall輸出轉(zhuǎn)矩最大，有功功率最大，效率也最高，同時也因為反電勢和相電流的同相使得電機的噪聲大大減少。由此可知當超前角:
以=9(2)效果是最好的，也就是說功率因數(shù)角Φ就是我們要給逆變電路提供的超前導通角a。
[0012]二、感性元件波形
永磁同步電機本身是一個感性元件，其相電壓超前于相電流Φ角度，如附圖5所示感性負載功率因數(shù)角示意圖。相電壓、相電流表達式分別為:

【權利要求】
1.一種永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法，其特征在于，電機轉(zhuǎn)速和參考速度作對比，其差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制逆變器的導通角；過零檢測模塊檢測反電動勢和相電壓過零點時間差Λ ?，通過公式φ 二 2π/Μ計算功率因數(shù)角，其中/為電網(wǎng)頻率，將功率因數(shù)角作為超前調(diào)整角與導通角相加，相加角作為逆變器的開關導通角。
2.根據(jù)權利要求1所述永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法，其特征在于，所述相電流過零檢測模塊檢測方法:當電機穩(wěn)定運行時，先通過反電勢的過零檢測測得反電勢過零點，以此作為參考時間節(jié)點，啟動相電流過零檢測，直到檢測到相電流過零點的時候，結束檢測，其間的時間差便是反電勢和相電流的零點之間的時間差。
3.根據(jù)權利要求2所述永磁同步電機控制系統(tǒng)中超前角調(diào)整方法，其特征在于，所述反電勢的過零檢測可利用反電勢和halI位置信號的對應關系，通過對應反電勢過零點時的hall相位作為參考時間節(jié)點；所述電流過零點檢測的相電流可為流經(jīng)晶閘管的內(nèi)阻經(jīng)過放大器之后得到的相電流。
【文檔編號】H02P6/06GK104184374SQ201410470136
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】丁亮, 丁學明, 許振凱, 劉美美, 劉燦, 吳鐫 申請人:上海理工大學