阅读说明：本技术 一种适用于高速永磁同步电机的飞车启动方法 (Runaway starting method suitable for high-speed permanent magnet synchronous motor ) 是由 刘万斌 冯科 徐浩 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于高速永磁同步电机的飞车启动方法,包括：建立估测旋转坐标系,同时对电流环实行将励磁电流和转矩电流设置为零的控制策略；对当前电流进行采样,得到估测旋转坐标系电流；以电机转子实际状态建立实际旋转坐标系,根据PI调节器调制电压得到两个坐标系之间的夹角,对此夹角求导得到当前电机转速；重复上述步骤,多次估算当前电机转速,确认辨识速度正确后切换至正常运行模式；变频器根据当前电机转速加速到目标转速,完成飞车启动过程。本方法在无速度传感器且磁链观测器失效时可准确估测永磁同步电机当前实际转速,并能快速实现平滑切换,完成高速永磁同步电机的飞车启动。(The invention discloses a runaway starting method suitable for a high-speed permanent magnet synchronous motor, which comprises the following steps of: establishing an estimated rotation coordinate system, and simultaneously executing a control strategy of setting exciting current and torque current to be zero on a current loop; sampling the current to obtain the current of an estimated rotating coordinate system; establishing an actual rotating coordinate system according to the actual state of the motor rotor, obtaining an included angle between the two coordinate systems according to the voltage modulated by the PI regulator, and obtaining the current motor rotating speed by derivation of the included angle; repeating the steps, estimating the current motor rotating speed for multiple times, and switching to a normal operation mode after confirming that the identification speed is correct; and accelerating the frequency converter to a target rotating speed according to the current rotating speed of the motor to finish the starting process of the runaway. The method can accurately estimate the current actual rotating speed of the permanent magnet synchronous motor when the speed sensor is not available and the flux linkage observer fails, can quickly realize smooth switching, and can complete the runaway starting of the high-speed permanent magnet synchronous motor.)

一种适用于高速永磁同步电机的飞车启动方法

技术领域

本发明涉及电机启动技术领域，具体涉及一种适用于高速永磁同步电机的飞车启动方法。

背景技术

传统永磁同步电机与异步电机相比，特别是稀土永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点，尤其是在位置控制、速度控制、力矩控制方面优越性更为突出。随着近年来永磁材料的成本下降，永磁同步电机得以迅速推广，但随之而来的问题是：在一些惯性较大的场合，电机自由停机或者故障停机后需要较长时间才能停稳，这对短时间间隔内再启动造成很大的麻烦。鉴于此种情况，永磁同步电机需要具备飞车启动功能。不同于异步电机的飞车启动，永磁同步电机不允许转差存在，所以需要一种特殊的策略才能完成永磁同步电机的飞车启动，对于反电动势较低的高速永磁同步电机，飞车启动的难度更是大大增加。

发明内容

本发明提出了一种适用于高速永磁同步电机的飞车启动方法，其目的是：在电机有较大惯量的场合、有转速的情况下，准确估测永磁同步电机当前实际转速，实现再起动。

本发明技术方案如下：

一种适用于高速永磁同步电机的飞车启动方法，包括如下步骤：

S1：建立估测旋转坐标系，所述估测旋转坐标系与静止坐标系之间的夹角为θ；对电流环实行将励磁电流参考值Id_ref和转矩电流参考值Iq_ref设置为零的控制策略；

S2：通过电流采样模块对当前电机定子三相电流Ia、Ib、Ic进行采样，经过克拉克和帕克变换，得到估测旋转坐标系的d轴反馈电流Id和q轴反馈电流Iq，如下式所示：

S3：通过电流环PI调节器调制出来的d轴电压Ud和q轴电压Uq以正弦波的形式输出，如下式所示：

其中Ki为积分调节系数，Kp为比例调节系数，ΔId为d轴电流给定值Id_ref与d轴反馈电流Id的误差，ΔIq为q轴电流给定值Iq_ref与q轴反馈电流Iq的误差；

S4：以电机转子实际状态建立实际旋转坐标系，实际旋转坐标系与估测旋转坐标系之间的夹角θ′为：

θ′＝arctan(Ud/Uq)

S5：对θ′求导得到当前电机转速ω′：

S6：重复步骤S1-S5，对当前电机转速ω′进行多次估算，确认辨识速度是否正确，确认辨识速度正确后切换至正常运行模式；

S7：变频器根据当前电机转速ω′加速到目标转速，完成飞车启动过程。

进一步地，步骤S1中所述估测旋转坐标系与静止坐标系之间的夹角θ为固定角度。

进一步地，步骤S1中所述估测旋转坐标系与静止坐标系之间的夹角θ为磁链观测器输出的角度。

进一步地，步骤S1中所述估测旋转坐标系与静止坐标系之间的夹角θ为变频器向电机发送PWM波的控制角。

进一步地，步骤S6中，当多次估算结果的波动值小于1％额定转速时，确认辨识速度正确。

进一步地，步骤S6所述正常运行模式为：保持励磁电流参考值Id_ref为零，将转矩电流参考值Iq_ref切换到速度环的输出，按照以上设定参数驱动电机。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)通过无速度矢量控制方式驱动永磁同步电机，在无速度传感器的情况下准确估测永磁同步电机当前实际转速大小和方向，并能够快速实现平滑切换，从而完成高速永磁同步电机的飞车启动；(2)本方法在磁链观测器失效时仍可实现电机转速跟踪，完成高速永磁同步电机的飞车启动。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为估测旋转坐标系与静止坐标系示意图；

图3为实际旋转坐标系与估测旋转坐标系示意图；

图4为PI调节器调制电压波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

如图1所示，一种适用于高速永磁同步电机的飞车启动方法，当电机处于高速运行旋转状态时，在无速度传感器的情况下准确估测永磁同步电机当前实际转速大小和方向，实现高速永磁同步电机的再起动，包括如下步骤：

S1：建立估测旋转坐标系(d-q坐标系)，所述估测旋转坐标系与静止坐标系(α-β坐标系)之间的夹角为θ，如图2所示。

可选地，所述估测旋转坐标系与静止坐标系之间的夹角θ为磁链观测器输出的角度。高速永磁同步电机的反电动势很低，此时磁链观测器输出的角度在某个恒定值附近轻微波动，因此这时的估测旋转坐标系是静止的，θ为固定角度。

可选地，所述估测旋转坐标系与静止坐标系之间的夹角θ为变频器收到起动指令后向电机发送PWM波的控制角，θ为固定角度，所以这时的估测旋转坐标系是静止的。选用此方法在磁链观测器失效的情况下仍可实现准确估测当前电机转速。

对电流环实行将励磁电流参考值Id_ref和转矩电流参考值Iq_ref设置为零的控制策略。

S2：通过电流采样模块对当前电机定子三相电流Ia、Ib、Ic进行采样，经过克拉克和帕克变换，得到估测旋转坐标系的d轴反馈电流Id和q轴反馈电流Iq，如下式所示：

S3：如图4，通过电流环PI调节器调制出来的d轴电压Ud和q轴电压Uq以正弦波的形式输出，如下式所示：

其中Ki为积分调节系数，Kp为比例调节系数，ΔId为d轴电流给定值Id_ref与d轴反馈电流Id的误差，ΔIq为q轴电流给定值Iq_ref与q轴反馈电流Iq的误差；

S4：由于此时电机依然在旋转，以电机转子实际状态建立实际旋转坐标系(d′-q′坐标系)，如图3及图4所示，实际旋转坐标系与估测旋转坐标系之间的夹角θ′为：

θ′＝arctan(Ud/Uq)

S5：对θ′求导得到当前电机转速ω′：

S6：重复步骤S1-S5，对当前电机转速ω′进行多次估算，多次估算结果的波动值小于1％额定转速时，确认辨识速度正确，切换至正常运行模式：保持励磁电流参考值Id_ref为零，将转矩电流参考值Iq_ref切换到速度环的输出，按照以上设定参数驱动电机。

S7：变频器根据当前电机转速ω′加速到目标转速，完成飞车启动过程。

需要说明的是，实际旋转坐标系(d′-q′坐标系)中，Id′、Iq′在较短的时间内幅值恒定，转速恒定。如图3所示，估测旋转坐标系的d轴反馈电流Id、q轴反馈电流Iq与实际旋转坐标系的d′轴电流Id′、q′轴电流Iq′之间的关系为：

由此可知，通过电流采样得到的Id、Iq并非静态值，而是随着θ′周期性变化，Id、Iq可以变换到实际旋转坐标系的电流Id′、Iq′，反映电机实际旋转状态。