[发明专利]永磁同步电机永磁磁场畸变实时检测与分析方法及其装置

摘要

永磁同步电机永磁磁场畸变实时检测与分析方法及其装置，属于电机控制技术领域。这种检测与分析方法基于电机转速、电压及电流、转子位置等易测信号，实时观测永磁同步电机的永磁磁场变化状况，实时计算永磁同步电机永磁磁场在同步旋转dq坐标系下的永磁磁链即反电势系数；分析永磁磁场在各相绕组中的磁链分量——即相应的反电势系数，可分析得到永磁磁场波形反映到电机相绕组反电势系数中的谐波成分。基于上述检测和分析方法，可对永磁电机永磁体失磁的状况进行预测和预防，实现永磁同步电机的优化控制策略。上述方法得到的结果可用于电机失磁在线检测和电机高性能控制中。

主权项

1.一种永磁同步电机永磁磁场畸变实时检测与分析方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)永磁同步电机永磁磁场畸变实时检测方法a.通过位置传感器获得电机转子位置θ，由转速计算模块计算得到电机转速ω；将转速ω输入到电机控制模块中；b.将永磁同步电机在两相坐标下的定子电压uα、uβ经过αβ/dq坐标变换得到的dq坐标系下定子电压ud、uq；将永磁同步电机在ABC三相坐标系下的定子电流iA、iB和iC，经abc/αβ、αβ/dq两次坐标变换得到dq坐标系定子电流id、iq；c.将θ、ω、id、iq、ud、uq作为永磁体磁链观测器的输入信号，得到dq坐标系下永磁磁链分量ψfd、ψfq，除以电机极对数得到dq坐标系下反电势系数KEd、KEq；d.选择dq坐标系下定子电流id、iq、ψfd、ψfq为状态变量，dq坐标系下定子电流为测量向量，dq坐标系下定子电压为输入向量，构建观测永磁体磁链观测的系统状态方程和输出方程：系统状态方程：ddtidiqψfdψfq=-RsLdωLqLd0ωLd-ωLdLq-RsLq-ωLq000000000idiqψfdψfq+1Ld001Lq0000uduq 测量方程：y=10000100idiqψfdψfq=idiq 利用上面的方程构建永磁体磁链观测器，实现dq坐标系下永磁磁链ψfd、ψfq的实时观测；2)永磁同步电机永磁磁场畸变分析方法a.在步骤1)中的实时检测方法的基础上，根据ABC坐标系变换到同步旋转dq坐标系的变换矩阵：C3s/2r=23cosθ′cos(θ′-2π3)cos(θ′+4π3)-sinθ′-sin(θ′-2π3)-sin(θ′+4π3)121212 其中，θ与坐标变换角θ′相差一固定角度Δθ，即θ′＝θ+Δθ，得到三相反电势系数与dq坐标系下反电势系数变换关系为：KEdKEq=C3s/2rKEAKEBKEC b.由于同步旋转dq坐标系以三相反电势系数基波频率旋转，ABC坐标系下反电势系数基波变换到dq坐标系下时，得到dq轴反电势系数为：KEd=ΣiKEdi ，(i＝6n，n＝0，1，2，3……)KEq=ΣiKEqi ，(i＝6n，n＝0，1，2，3……)忽略高次谐波情况下，dq坐标系下反电势系数是一个直流偏置波形，在2π周期内有6次脉动，这一结论与检测方法1)中得到的结果相符合；根据上式表示的三相反电势系数与d、q轴反电势系数关系，可对永磁体磁链观测器得到的磁链波形进行数据分析，得到其在相绕组中的磁链即反电势系数；3)基于上述检测和分析方法，对永磁电机永磁体失磁进行预测和预防：a.首先判断dq坐标系下反电势系数是否有波动，如果无波动说明永磁体磁场波形只有幅值和相位改变，没有发生非正弦畸变；如果幅值降低并且超过给定限制Δψ1，则给出失磁幅值超限报警，其中Δψ1由电机永磁材料退磁曲线具体确定；b.如果dq坐标系下反电势系数有波动，则按步骤2)中提到的永磁磁场畸变分析方法进行谐波分析，如果6次谐波脉动超过给定限制Δψ2，则给出永磁体磁场畸变超限报警，其中Δψ2由电机永磁材料退磁曲线具体确定；4)基于永磁体磁链在线检测结果的永磁同步电机优化控制策略：a.如果dq坐标系下反电势系数无波动，磁链幅值降低但是尚未超过给定限制Δψ1，则根据实时检测到的永磁体磁场幅值和相位重新进行磁场定向控制；b.如果dq坐标系下反电势系数有波动，按步骤2)中提到的永磁磁场畸变分析方法进行谐波分析，如果分析结果中6次谐波脉动尚未超过给定限制Δψ2，则在电机电流给定处加入谐波前馈补偿，以抑制谐波反电势造成的转矩脉动。