交流电机调速关键技术（8页）
时间：2020-10-26 04:17:02 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
永磁同时电机无位置传感器控制技术研究
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一 引言
无位置传感器控制技术是现在永磁同时电动机最为活跃研究领域。本文依据适用转速范围不一样，介绍了无位置传感器控制技术。同时关键介绍了在零速和低速应用较多高频电压信号注入法。
二 永磁同时电机及其无位置传感器控制技术
2.1永磁同时电机
永磁同时电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM) 采取强抗退磁永磁材料替换励磁绕组同时电机，因为省去了励磁绕组、集电环和电刷装置，含有功率密度大、能量转换效率高、转动惯量小、运行可靠等一系列优点。
2.2 无位置控制技术分类
零速和低速时无位置传感器控制
关键由转子凸极性产生定子电感改变来提取位置信息。永磁同时电机凸极性关键有结构性凸极和饱和凸极。永磁同时电机凸极性是由电机本身或外部激励产生，和电机运行状态无关，故基于凸极性方法被广泛应用于低速(零速)运行下PMSM无位置传感器矢量控制技术。
该类方法关键有：电感测量法、电压脉冲法、载波频率法、低频信号注入法和高频信号注人法。
中速和高速时无位置传感器控制
应用于中速和高速运行下PMSM无位置传感器控制技术，大多是直接或间接地从电机反电动势中提取位置信息。因为低速下电机反电动势较小，系统中信号干扰等原因难以获取反电动势，无法实现零速和低速时无位置运行。
该类方法关键有：电压电流检测法、模型参考自适应法、观察器法和人工智能算法。
全速度范围内无位置传感器控制
从中国外学者对 PMSM 无位置传感器控制技术研究结果来看，没有一个单一方法能使电机在很宽调速范围内平稳运行现、将上述分别适适用于零速和低速、中速和高速两类方法相结合，组成复合控制方法，提供了一个适宜控制处理方案，也是较为活跃研究方向。
三 基于高频电压信号注入法PMSM无传感器控制原理
3．1定子坐标参考系下PMSM数学模型
无凸极面装式永磁同时电机在定子坐标参考系下动态方程能够表示
为
其中，，,，，
、和分别为定子电感、电阻和转子磁链幅值，为转子速度，为转子位置角。
3．2脉振高频电压注入法基础原理
3.2.1高频电压信号注入
面装式永磁同时电机在实际旋转参考坐标系下电压方程如式(2)所表示：
假如在式(2)中注入电压信号频率相对转子速度足够高，因为反电动势中不包含任何高频分量，阻抗矩阵中主对角线对应项包含和注入高频电压成百分比电流微分项，不过交叉耦合项不包含这些项，稳态时可把式(2)所表示电压模型简化为:
式中，，和 分别表示高频电压信号下实际旋转坐标系直轴电压、交轴电压和电流分量，，和，分别表示高频电压信号下实际旋转坐标系直轴和交轴定子电阻和电感。引入高频注入电压信号频率为，稳态下式(3)能够转化为式(4)。
式中，和分别为两相旋转坐标下直轴和交轴高频阻抗。
因为不知道转子实际位置，所以我们利用估量转子参考坐标系，以下图1，定义转子位置估量误差角度为
图1估量转子参考坐标系
在估量转子参考坐标系中，高频电压方程能够转化为
（6）式中和分别为d轴和q轴平均阻抗和阻抗之差。
（8）
从式(6)得出，若不为零，则交叉耦合项高频阻抗和转子位置估量误差角正弦函数成正比。则调整交叉耦合项高频阻抗为零来估量出实际转子位置,式(6)能够转化为式(9):
从上式能够看出，估量转子参考坐标系中轴和轴全部能用来注入脉振高频电压信号。假如在估量转子参考坐标系轴注入高频电压信号则对应轴高频电流和平均阻抗成正比，会产生较大转矩脉动，注入高频电压会在相同轴产生高频电流，在轴注入也会产生对应高频电流损耗。假如在估量转子速度坐标系轴注入高频电压信号只要轴高频电流就为零，而且没有转矩脉动。考虑到高频电流引发转矩脉动和额外损耗，只在估量转子参考坐标系轴上注入脉振高频电压信号比较适宜，而利用轴高频电流估量转子速度和位置会取得愈加好效果，以下式(10)所表示。
式中，和分别为注入高频电压信号幅值和频率。
3.2.2 转子参考坐标系下轴信号处理
将式(10)带人式(9)中，在转子参考坐标系下轴高频电流可表示为
式中，和分别是 和 轴高频电阻和高频电感之差。若注入电压频率足够高，高频电抗中高频电感分量将远大于高频分量，则式（11）能够简化为（12）
为了能从式(12)中取得转子位置估量误差，需用到带通滤波器，乘法器和低通滤波器，图2所表示。
图2 轴信号处理示意图
带通滤波器用于从转子参考坐标系q轴电流中提取已经注入高频分量。乘法器用于提取q轴高频电流中和高频电感之差相关电流分量；而低通滤波器用于滤除信号中二次谐波分量。经过带通滤波器处理信号得到，再经过乘法器得到式（13）
式中
式(13)由直流分量和二次谐波分量组成。所以，能够经过低通滤波器来去除二次谐波分量从而得到转子位置估量偏差，如式(14)所表示。
3.2.3转子位置和速度估量
为了估量转子速度和位置，得用到转子速度和位置估量器。图3所表示转子位置估量器中包含PI调整器和积分器，误差调整是PI控制。此时，从实际转子位置到估量值传输函数能够表示为
式中，，分别是PI调整器百分比系数和积分系数。
稳态时，式(16)传输函数增益为1，这就意味着估量器能够实现对转子位置无偏估量。所以，用于消除估量转速值波动低通滤波器能够省去。
图3转子位置和速度估量器。
参考文件
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[2] 刘毅，贺益康，秦峰，贾洪平．基于转子凸极跟踪无位置传
感器永磁同时电机矢量控制研究
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[7]郑昌陆.基于高频脉振电压注入内置式永磁同时电机控制
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