[发明专利]永磁同步电机的弱磁控制方法和装置

说明书

本发明提供一种永磁同步电机的弱磁控制方法和装置，应用于轨道车辆上，包括：在电机运行的第一时段检测到电机的第一端电压低于逆变器的第一直流侧电压，向电机输出第一电流超前角，第一电流超前角为电机产生磁阻转矩，逆变器为电机提供三相交流电；在电机运行的第二时段检测到电机的第二端电压高于逆变器的第二直流侧电压，向电机输出第二电流超前角，第二时段为第一时段之后的时段，第二电流超前角大于第一电流超前角，第二直流侧电压大于第一直流侧电压，第二电流超前角用于对电机进行弱磁控制。本发明的方法，当永磁同步电机工作在额定转速以下时，能有效利用磁阻转矩增大轨道车辆的牵引力，可以由额定转速以下平滑切换到额定转速以上运行。

技术领域

本发明涉及有轨车辆电动机运行技术，尤其涉及一种永磁同步电机的弱磁控制方法和装置。

背景技术

永磁同步电机与一般电机相比有效率高、功率密度高、免维护等优点，随着材料技术的发展，现已成为轨道车辆牵引系统中的重要研究对象。永磁同步电动机稳定运行时，定子电流矢量既不能超过电压极限椭圆，也不能超出电流极限圆，一定要在电压极限椭圆和电流极限圆内。当永磁电动机运行在额定转速以上时，由于电动机相电压已经达到直流侧电压最大值，通过调整电压获得更高的转速已经不太可能，因此需要对永磁同步电机采用弱磁控制的方法来提高转速。

目前，永磁同步电机在额定转速以下大多采用d轴电流为零(i_d＝0)的控制方式。此时定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间矢量正交，电动机转矩中只有永磁转矩分量，电动机工作在额定转速以下的恒转矩区。随着永磁同步电机转速继续升高，电压极限圆随之向中心点收缩，当电压椭圆收缩过程中经过电机工作点时，电机能够正常跟踪该交点，若转速继续升高该交点就将位于椭圆之外而使电机无法跟踪。于是电流矢量的末端点也随之沿给定转矩对应的恒转矩曲线移动，直至电流极限圆处。因此需要根据电机电磁转矩方程、电压极限圆方程和给定电磁转矩计算得到交直轴电流给定值。电机的电流矢量将沿着恒转矩曲线运行。

但是，用d轴电流为零(i_d＝0)控制时，永磁同步电动机工作在额定转速以下的恒转矩区，由于没有考虑电枢反应对永磁同步电机的去磁问题，因此没有最大限度的利用电源电压；随着转速的增加，当达到额定速度时，由i_d＝0到弱磁控制会有明显的切换过程，影响电机转速的平滑过渡。

发明内容

本发明提供一种永磁同步电机的弱磁控制方法，当永磁同步电机工作在额定转速以下时，能有效利用磁阻转矩来增大轨道车辆的牵引力，可以由额定转速以下运行平滑切换到额定转速以上运行。

本发明一方面提供一种永磁同步电机的弱磁控制方法，应用于轨道车辆上，包括：

在电机运行的第一时段检测到所述电机的第一端电压低于逆变器的第一直流侧电压，向所述电机输出第一电流超前角，所述第一电流超前角用于为所述电机产生磁阻转矩，所述逆变器为所述电机提供三相交流电；

在所述电机运行的第二时段检测到所述电机的第二端电压高于所述逆变器的第二直流侧电压，向所述电机输出第二电流超前角，所述第二时段为所述第一时段之后的时段，所述第二电流超前角大于所述第一电流超前角，所述第二直流侧电压大于所述第一直流侧电压，所述第二电流超前角用于对所述电机进行弱磁控制。

进一步的，所述向所述电机输出第一电流超前角之前，还包括：

获取所述电机的最大转矩电流比曲线；

根据所述最大转矩电流比曲线确定所述电机的定子电流矢量，根据所述定子电流矢量确定所述第一电流超前角。

进一步的，所述获取所述电机的最大转矩电流比曲线，包括：

建立直轴电流id和交轴电流iq坐标系，在所述坐标系中，根据电机参数绘制多个电流极限圆和多个恒转矩曲线，每个所述电流极限圆均与所有的所述恒转矩曲线有交点；