[发明专利]永磁同步电机方波弱磁控制方法

说明书

本发明提供了一种永磁同步电机方波弱磁控制方法，包括以下步骤：DSP芯片的每个采样周期内，将采样得到的转子位置信息和转速信息发送至FPGA芯片；FPGA芯片内将采样得到的离散转子位置信号进行重构；FPGA芯片缩短原始离散转子位置信号的离散周期生成新的转子位置信号；重构出的转子位置信号认为是近似连续转子位置信号；DSP芯片的每个采样周期内，DSP芯片把电压相量角发送给FPGA芯片；FPGA芯片依据电压向量角将重构出的转子位置信号进行移相处理，得到方波驱动脉冲相位角；FPGA芯片根据方波驱动脉冲相位角生成三相驱动脉冲，实现从方波驱动脉冲相位的精确控制。本发明通过改进方波驱动脉冲的生成方式，大幅改善方波弱磁控制的驱动脉冲正负半周不对称问题。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机方波弱磁控制方法。

背景技术

和异步牵引电机相比，永磁同步牵引电机具有功率因数高、系统效率高、转矩密度大、变频器容量小和动态响应能力强的优点。尤其是最近的二十年内，稀土永磁材料快速发展，新型永磁材料具有高剩磁密度、高磁能积和高矫顽力等特点，使得永磁同步电机得到快速发展。尤其是在轨道交通电力牵引系统中，永磁同步牵引电机表现出巨大的应用潜力。应用到牵引系统的永磁同步电机一般为内置式永磁同步电机，其具有较大的转矩密度和功率密度、磁路气隙小、机械强度高，最重要的是其具备较强的过转矩输出能力，这一特点非常适合车辆牵引系统

在很多情况下，永磁同步电机需要在基速以上运行。其在基速以上运行时，为了不产生过高的反电动势，需要对其进行弱磁控制。传统的弱磁控制方式调整电机的d轴电流，负的d轴电流可以对电机进行弱磁，阻止其反电动势的升高，这种控制方式是一种矢量控制方式。然而这种传统弱磁控制方式存在一些限制和不足，主要表现在以下两个方面。

第一是变频器开关频率较高和损耗较大。电机在基速以上运行时，电机电频率较高，可以达到电机额定频率的三倍或更高。为了在非常高的电频率下完成对电机的矢量控制，变频器需要工作在比较高的开关频率，并由此带来较大的开关损耗。较大的开关损耗不利于变频器工作效率的提高，同时也给变频器的散热器设计带来较大的压力，造成装置体积重量过大。尤其是在轨道交通牵引系统中，装置需要小型化、轻量化，并且车辆底部通常不具备水冷散热条件，限制变频器只能工作在较低的开关频率下。

第二是系统的直流母线利用率不高。在矢量控制方式下，电机端口线电压的峰值必须小于直流母线电压，而且要保留一定的裕量。如果电机端口线电压峰值接近直流母线电压，会造成电流环调节器饱和，导致系统不稳定。如果电机端口电压可以进一步提高，就意味着更大的电磁转矩输出，就意味着更高的直流母线利用率。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种新的永磁同步电机方波弱磁控制方法，该方波弱磁控制方法通过改进方波驱动脉冲的生成方式，大幅改善方波弱磁控制的驱动脉冲正负半周不对称问题。

本发明提供了一种永磁同步电机方波弱磁控制方法，其特征在于以下步骤：

a.DSP芯片的每个采样周期内，将采样得到的转子位置信息和转速信息发送至FPGA芯片；

b.FPGA芯片内将采样得到的离散转子位置信号进行重构；FPGA芯片缩短原始离散转子位置信号的离散周期生成新的转子位置信号；重构出的转子位置信号认为是近似连续转子位置信号；

c.DSP芯片的每个采样周期内，DSP芯片把电压相量角α发送给FPGA芯片；

d.FPGA芯片依据电压相量角α将重构出的转子位置信号进行移相处理，得到方波驱动脉冲相位角θ_b，

e.FPGA芯片根据方波驱动脉冲相位角θ_b生成三相驱动脉冲，实现从方波驱动脉冲相位的精确控制。