永磁同步電機(jī)及永磁同步電機(jī)的控制方法、控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁同步電機(jī)的控制方法、一種永磁同 步電機(jī)的控制裝置以及一種永磁同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著用戶對(duì)機(jī)電產(chǎn)品節(jié)能性要求的提升，效率更高的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器得到了越來(lái) 越廣泛的應(yīng)用。
[0003] 通常，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，逆變部分與輸入交流電壓 如電網(wǎng)電壓相對(duì)獨(dú)立，從而使逆變部分的控制無(wú)需考慮輸入交流電壓的瞬時(shí)變化，便于控 制方法的實(shí)現(xiàn)。為了保證直流母線電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，通常會(huì)配備有容值較大的電解電容， 但這會(huì)導(dǎo)致變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器體積變大，成本增高，而且電解電容的使用壽命有限，從而降低 了變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使用壽命。
[0004] 相關(guān)技術(shù)中，采用容值為20uF的薄膜電容來(lái)代替直流母線側(cè)容值較大的電解電 容，即采用無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)控制電機(jī)的瞬時(shí)功率與輸入交流電壓的形狀匹配實(shí)現(xiàn) 電機(jī)的控制。
[0005] 由于無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器具有成本低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已得到廣泛應(yīng)用。但 在無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器中，由于直流母線電壓隨電網(wǎng)電壓而波動(dòng)，并且在直流母線電壓的波 谷處，由于直流母線電壓較低而無(wú)法為電機(jī)提供能量，尤其是當(dāng)直流母線電壓低于電機(jī)的 等效反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，將使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，從而使直流母線電壓和輸入電流產(chǎn)生諧波，使控 制器工作在不穩(wěn)定狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的 一個(gè)目的在于提出一種永磁同步電機(jī)的控制方法，能夠有效保證永磁同步電機(jī)在整個(gè)電源 周期都工作在電動(dòng)狀態(tài)。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種永磁同步電機(jī)的控制裝置。本發(fā)明的又一個(gè)目 的在于提出一種永磁同步電機(jī)。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種永磁同步電機(jī)的控制方法， 包括以下步驟：在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)所述電機(jī)的d軸電流iJPq軸電流i5計(jì)算所述 電機(jī)的電壓矢量V1;通過(guò)控制所述q軸電流i5為0以根據(jù)所述電機(jī)的電壓矢量Vi獲取所 述電機(jī)的電壓矢量的最小值￥1111;判斷所述最小值Vlm是否大于等于直流母線電壓Vd。的^ 倍；以及如果所述最小值Vlm大于等于直流母線電壓Vd。的|倍，則控制驅(qū)動(dòng)器向所述電機(jī) 輸出的有功分量為零。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的永磁同步電機(jī)的控制方法，在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，首先根據(jù) 電機(jī)的d軸電流id和q軸電流iq計(jì)算電機(jī)的電壓矢量Vi，并通過(guò)控制q軸電流為0以根 據(jù)電機(jī)的電壓矢量％獲取電機(jī)的電壓矢量的最小值Vlm，然后判斷最小值Vlm是否大于等于 直流母線電壓Vd。的+倍，如果最小值Vlm大于等于直流母線電壓Vd。的^倍，則控制驅(qū)動(dòng) 器向電機(jī)輸出的有功分量為零，以保證永磁同步電機(jī)在整個(gè)電源周期都工作在電動(dòng)狀態(tài)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)以下公式計(jì)算所述最小值vlm:
[0011]
[0012] 其中，Rs為所述電機(jī)的定子電阻，Ld為所述電機(jī)的d軸電感，Aaf為所述電機(jī)的轉(zhuǎn) 子永磁體磁鏈，為所述電機(jī)的電角速度。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述電機(jī)的整個(gè)電源周期內(nèi)，所述最小值vlm與所述 直流母線電壓的最小值之間滿足以下關(guān)系式，以使所述電機(jī)在所述整個(gè)電源周期內(nèi)處于電 動(dòng)狀態(tài)?
[0014]
[0015] 其中，V2m為所述直流母線電壓的最小值，AV為預(yù)設(shè)的電壓裕量且大于0。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述驅(qū)動(dòng)器為無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器。
[0017] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出了一種永磁同步電機(jī)的控制裝 置，包括：驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器的正輸入端與直流母線正極端相連，所述驅(qū)動(dòng)器的負(fù)輸入端 與直流母線負(fù)極端相連，所述驅(qū)動(dòng)器的三相輸出端與電機(jī)相連；以及控制器，所述控制器在 電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)所述電機(jī)的d軸電流iJPq軸電流iq計(jì)算所述電機(jī)的電壓矢量Vi， 并通過(guò)控制所述q軸電流^為〇以根據(jù)所述電機(jī)的電壓矢量Vi獲取所述電機(jī)的電壓矢量 的最小值Vlm，以及判斷所述最小值Vlm是否大于等于直流母線電壓Vd。的^倍，其中，如果 所述最小值Vlm大于等于直流母線電壓Vd。的^倍，所述控制器則控制所述驅(qū)動(dòng)器向所述 電機(jī)輸出的有功分量為零。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的永磁同步電機(jī)的控制裝置，控制器在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中根據(jù) 電機(jī)的d軸電流idPq軸電流i^計(jì)算電機(jī)的電壓矢量Vi，并通過(guò)控制q軸電流iq為0以 根據(jù)電機(jī)的電壓矢量％獲取電機(jī)的電壓矢量的最小值Vlm，以及判斷最小值Vlm是否大于等 于直流母線電壓Vd。的^倍，其中，如果最小值Vlm大于等于直流母線電壓Vd。的^倍，控 制器則控制驅(qū)動(dòng)器向電機(jī)輸出的有功分量為零，以保證永磁同步電機(jī)在整個(gè)電源周期都工 作在電動(dòng)狀態(tài)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制器根據(jù)以下公式計(jì)算所述最小值vlm:
[0020]
[0021] 其中，Rs為所述電機(jī)的定子電阻，Ld為所述電機(jī)的d軸電感，Aaf為所述電機(jī)的轉(zhuǎn) 子永磁體磁鏈，為所述電機(jī)的電角速度。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述電機(jī)的整個(gè)電源周期內(nèi)，所述最小值Vlm與所述 直流母線電壓的最小值之間滿足以下關(guān)系式，以使所述電機(jī)在所述整個(gè)電源周期內(nèi)處于電 動(dòng)狀態(tài)：
[0023]
[0024] 其中，V2m為所述直流母線電壓的最小值，AV為預(yù)設(shè)的電壓裕量且大于0。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述驅(qū)動(dòng)器為無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器。
[0026] 此外，本發(fā)明的實(shí)施例還提出了一種永磁同步電機(jī)，其包括上述的永磁同步電機(jī) 的控制裝置。
[0027] 該永磁同步電機(jī)通過(guò)上述的永磁同步電機(jī)的控制裝置，能夠有效保證永磁同步電 機(jī)在整個(gè)電源周期都工作在電動(dòng)狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的永磁同步電機(jī)的控制方法的流程圖。
[0029] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的永磁同步電機(jī)的等效電路示意圖。
[0030] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直流母線電壓的最小值V2m小于電機(jī)的電壓矢量 的最小值vlm時(shí)的波形圖。
[0031] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直流母線電壓的最小值V2m大于電機(jī)的電壓矢量 的最小值vlm時(shí)的波形圖。
[0032] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的永磁同步電機(jī)的控制裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0034] 下面參考附圖描述本發(fā)明實(shí)施例的永磁同步電機(jī)的控制方法、永磁同步電機(jī)的控 制裝置以及永磁同步電機(jī)。
[0035] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的永磁同步電機(jī)的控制方法的流程圖。如圖1所示，永 磁同步電機(jī)的控制方法包括以下步驟：
[0036] S1，在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)電機(jī)的d軸電流id和q軸電流i，計(jì)算電機(jī)的電壓 矢量Vi。
[0037] S2,通過(guò)控制q軸電流、為0以根據(jù)電機(jī)的電壓矢量Vi獲取電機(jī)的電壓矢量的最 小值Vlm。需要說(shuō)明的是，電機(jī)的電壓矢量的最小值Vlm是指電機(jī)的電壓矢量的幅值的最小 值。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)下述公式（1)計(jì)算最小值Vlm:
[0039]
⑴
[0040]其中，Rs為電機(jī)的定子電阻，Ld為電機(jī)的d軸電感，Aaf為電機(jī)的轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈， 、為電機(jī)的電角速度。
[0041] S3,判斷最小值Vlm是否大于等于直流母線電壓Vd。的^倍。
[0042]S4,如果最小值Vlm大于等于直流母線電壓Vd。的|倍，則控制驅(qū)動(dòng)器向電機(jī)輸出 的有功分量為零。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在電機(jī)的整個(gè)電源周期內(nèi)，最小值Vlm與直流母線電壓 的最小值之間滿足下述關(guān)系式（2)，以使電機(jī)在整個(gè)電源周期內(nèi)處于電動(dòng)狀態(tài)：
[0044]
(2)
[0045] 其中，V2m為直流母線電壓的最小值，A V為預(yù)設(shè)的電壓裕量且大于0。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器為無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器。
[0047] 具體地，如圖2所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器為無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器時(shí)，在無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器（如 直流母線電容C的容值為20yF)中，由于直流母線側(cè)不具有大電解電容使直流母線電壓Vd。 保持穩(wěn)定，因此直流母線電壓Vd。將隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，并且直流母線電壓Vd。的 波動(dòng)頻率為電網(wǎng)頻率的2倍，例如，當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，直流母線電壓Vd。的波動(dòng)頻率為 100Hz〇
[0048] 與直流母線側(cè)有大電解電容驅(qū)動(dòng)器相比，由于直流母線電壓Vd。存在波動(dòng)，使得直 流母線側(cè)提供的功率也存在波動(dòng)，因此，在直流母線電壓Vd。的波谷處，無(wú)電解電容驅(qū)動(dòng)器 無(wú)法為永磁同步電機(jī)提供能量，當(dāng)永磁同步電機(jī)的等效反