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同步磁阻電機開環矢量控制技術

時間:2019-11-26來源:偉創電氣

導語:在之前文章有介紹到同步磁阻電機(Synchronous Reluctance Motor,SynRM)的特點及優勢,(偉創電氣--AC310系列變頻器完美驅動同步磁阻電機)。正因為其相較于異步電機以及永磁同步電機獨特的優勢,使其在傳統的傳動領域和新興的電動汽車驅動等領域都有良好的應用前景。

  從結構和原理上來看,SynRM更像是一個去掉了永磁體的永磁同步電機,他們有著較為相似的數學模型。因此,對于SynRM的驅動方式:硬件上,與成熟的永磁同步電機驅動平臺完全兼容,降低了同步磁阻電機驅動控制系統的成本費用;軟件上,根據同步磁阻電機的數學模型特點,開發出一種全新的磁鏈觀測器用于實現該類電機的矢量解耦控制。其開環矢量控制框圖如下。

 偉創電氣變頻器.png

  開環矢量控制可以使同步磁阻電機獲得較好的動靜態性能,但對電機參數的依賴性強,模型中電機參數的準確度直接影響控制器帶寬設計是否合理,以及磁鏈觀測、速度觀測的精度,進而影響系統的調速性能。同步磁阻電機的參數相比于永磁同步電機變化更為劇烈,為控制帶來難題。

  針對上述的問題及特點,我司在AC310平臺上對同步磁阻電機開環矢量控制技術進行了深入研究及優化,使其獲得優異的動靜態性能。具體顯著成果如下:

  (1)基于現有領先的矢量控制軟件平臺,采用全新的磁鏈觀測器,實現較低的電機參數敏感性,準確的轉子位置觀測以及精確的電流解耦。

  (2)全新的電機電感飽和特性學習。由于SynRM依靠磁阻轉矩運行,電機磁路飽和現象明顯,電機電感參數受磁路飽和影響較大,直軸電感Ld、交軸電感Lq并非定值,嚴重影響暫態響應和精確控制,使電機的控制性能不能達到最優。AC310除了常規的自學習外,新開發出電感參數飽和學習功能,學習時間短,學習精度高,通過學習可以獲得不同磁場飽和程度下的電機d,q軸電感飽和特性參數,從而對電機進行更加精確的控制。下圖為一款實際現場使用的同步磁阻電機電感飽和曲線學習結果。

 偉創電氣變頻器維修.png

  (3)MTPA控制。對于同步磁阻電機而言,轉子無繞組不存在銅耗,損耗主要集中在定子側。采用最大轉矩電流比控制,在產生相同轉矩的情況下,最優地分配dq軸定子電流,使定子電流最小,進而使定子銅耗最小達到效率最優。

  根據轉矩表達式:

圖片1.png 

  若認為電感為恒值,當圖片2.png時,相同的定子電流下輸出的轉矩最大。但是電機實際運行中,磁飽和對電機參數影響很大,這時最優的轉矩角圖片3.png會偏離圖片4.png,采用恒流角45°控制無法實現效率最優控制。通過電機電感飽和特性學習整定出MTPA曲線,自動調整電流角,從而任意頻率和負載下獲得最優效率控制,將同步磁阻電機能效發揮至IE4及以上標準。

偉創電氣電機.png 

  (4)弱磁控制。基速以下對電機進行MTPA控制,在基速以上進行弱磁控制,最大程度地利用電壓極限從而實現輸出轉矩最大化,擴大恒功率范圍。

  以下為部分測試波形圖:

偉創電氣電機維修.png 

  加減速時間0.1s,空載從0到額定頻率急加速和急減速

 偉創電氣電機工作原理.png

  加減速時間0.1s,滿載從0到額定頻率急加速和急減速

 偉創電氣電機類型.png

  突加和突卸180%額定負載

 偉創電氣電機價格.png

  1.3倍額定轉速突加、突卸滿載

 偉創電氣AC310變頻器.png

  輸入電壓降低20%,額定轉速額定負載極限測試

  總結:

  AC310變頻器同步磁阻電機開環矢量控制技術可以穩定可靠地驅動同步磁阻電機,并取得了優異的控制效果,這是國內首家將同步磁阻電機控制技術實現通用產品化。源于驅動無止境的追求精神,偉創電氣會不斷為客戶提供最新最優的電氣傳動解決方案。


標簽: 電機

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