[发明专利]大惯量负载永磁同步电机驱动断电-重投控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大惯量负载永磁同步电机驱动断电-重投控制方法及装置，属于大惯量负载永磁同步交流电机驱动系统过电分相或供电短时中断恢复的控制技术领域。

背景技术

随着世界化石能源的逐渐枯竭，提高能源利用效率和节约能源已经成为世界范围电气化发展的重要趋势。作为高铁机车、电动汽车及大尺寸螺旋桨等大惯量负载的驱动电机，永磁同步电动机以其高效率、高功率因数和高功率密度等优点，正逐步取代感应电动机，得到越来越广泛的应用。目前，永磁同步电机作为大惯量负载的驱动电机，与感应电动机相比，由于转子永磁体存在恒定励磁，其四象限驱动技术及特殊工况下的高可靠性控制技术还不够成熟，在驱动系统供电短时中断恢复及机车过分相区等状况下的断电-重投问题是一个难点。国外在这方面的研究已取得一定成果，我国也逐步展开深入的研究。

在电气化铁道中接触网常采用分段换相供电，机车受电弓必须在无电流的情况下进出分相绝缘器，此时电机驱动系统输入侧经历供电中断—再恢复过程，必然导致逆变器输出到电机的断电—重投；电动汽车及螺旋桨等在实际工作过程中，当驱动系统发生短时可恢复型故障时，如直流母线电压短时跌落或保护电路动作及再恢复，也会导致驱动系统逆变器输出到电机的断电—重投。因此，在正常运行工况下，永磁同步电机作为牵引电机不可避免地存在断电-重投问题。

与采用鼠笼结构的感应电机不同，当转子采用永磁体励磁的永磁同步电机在运行过程中进行断电-重投时，会处于不可控发电状态，尤其在高速下电机反电势电压幅值很高，电压波形与逆变器驱动波形差异大，不恰当的驱动电压重新投入势必导致强烈的电流和机械冲击，甚至损毁驱动器和传动机构。由于永磁同步电机转子励磁的特殊性，若在交流侧进行断电-重投控制，无论是采用相位同步法或规划的电压矢量牵入法，还是在动态过程的机理分析、研究的基础上进行切换过程的主动控制方法等，都无法从根本上消除转矩瞬时变化带来的冲击，而且其控制机理及过程复杂，实现困难。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种大惯量负载永磁同步电机驱动断电-重投控制方法及装置。

技术方案

一种大惯量负载永磁同步电机驱动断电-重投控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：设一个大惯量负载中有n台永磁同步电机工作，检测每台电机的转动惯量为计算得到该大惯量负载的质量为其中，r为车轮或螺旋桨等的半径；

步骤2：通过位置传感器检测得到永磁同步电机的位置θ，根据得到电机的实际转速ω；

步骤3：计算ω^*为保持给定电压U^*对应的电机转速预定值，式中：C为直流母线电压支撑电容的容值，m为负载质量，η为负载机械能转换到支撑电容端电能的效率；为电机角速度与负载速度或转速之间的系数；U^*为直流侧支撑电容需要保持的电压值，为一常数；U为三相全桥逆变电路直流侧的电压值，通过电压传感器实时获得；

步骤4：将ω^*指令送入转速、电流双闭环控制器的外环控制器的转速信号输入端，双闭环控制器输出电机三相电压u_a、u_b、u_c的指令值，将三相电压u_a、u_b、u_c送入电压型逆变器PWM信号发生装置，逆变器输出三相电压驱动永磁同步电机转动。

所述步骤1中的大惯量负载为电力牵引机车、电动汽车、大尺寸螺旋桨或永磁同步电机驱动的设备。

所述步骤3中的电机预定转速ω^*≤电机实际转速。

所述步骤4中的转速、电流双闭环控制器采用磁场定向控制或直接转矩控制电机控制方式。

一种实现权利要求1～4任一项所述大惯量负载永磁同步电机驱动断电-重投控制方法的装置，其特征在于包括供电电源、直流母线支撑电容、带续流装置的三相全桥逆变电路、检测电路和驱动及控制电路；供电电源与直流母线支撑电容并联后与三相全桥逆变电路的直流母线供电端子相连，直流母线支撑电容靠供电电源侧接一个直流母线开关S，开关S与供电电源之间接一个电压检测装置U1用以实时检测供电电源的电压，支撑电容与三相全桥逆变电路之间设一个电压检测装置U2用以实时检测支撑电容两端的电压，控制电路输入端接电压检测U1、U2以及三相永磁电机电流反馈和位置反馈信号，输出端接驱动电路的三相电压信号输入端，驱动电路输出端接三相全桥逆变电路PWM信号输入端，三相全桥逆变电路输出端接电机三相电压输入端。