從結(jié)構(gòu)和原理上來看,SynRM更像是一個去掉了永磁體的永磁同步電機,他們有著較為相似的數(shù)學模型。因此,對于SynRM的驅(qū)動方式:硬件上,與成熟的永磁同步電機驅(qū)動平臺完全兼容,降低了同步磁阻電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的成本費用;軟件上,根據(jù)同步磁阻電機的數(shù)學模型特點,開發(fā)出一種全新的磁鏈觀測器用于實現(xiàn)該類電機的矢量解耦控制。其開環(huán)矢量控制框圖如下。
開環(huán)矢量控制可以使同步磁阻電機獲得較好的動靜態(tài)性能,但對電機參數(shù)的依賴性強,模型中電機參數(shù)的準確度直接影響控制器帶寬設(shè)計是否合理,以及磁鏈觀測、速度觀測的精度,進而影響系統(tǒng)的調(diào)速性能。同步磁阻電機的參數(shù)相比于永磁同步電機變化更為劇烈,為控制帶來難題。
針對上述的問題及特點,我司在AC310平臺上對同步磁阻電機開環(huán)矢量控制技術(shù)進行了深入研究及優(yōu)化,使其獲得優(yōu)異的動靜態(tài)性能。具體顯著成果如下:
?。?)基于現(xiàn)有領(lǐng)先的矢量控制軟件平臺,采用全新的磁鏈觀測器,實現(xiàn)較低的電機參數(shù)敏感性,準確的轉(zhuǎn)子位置觀測以及精確的電流解耦。
(2)全新的電機電感飽和特性學習。由于SynRM依靠磁阻轉(zhuǎn)矩運行,電機磁路飽和現(xiàn)象明顯,電機電感參數(shù)受磁路飽和影響較大,直軸電感Ld、交軸電感Lq并非定值,嚴重影響暫態(tài)響應(yīng)和精確控制,使電機的控制性能不能達到最優(yōu)。AC310除了常規(guī)的自學習外,新開發(fā)出電感參數(shù)飽和學習功能,學習時間短,學習精度高,通過學習可以獲得不同磁場飽和程度下的電機d,q軸電感飽和特性參數(shù),從而對電機進行更加精確的控制。下圖為一款實際現(xiàn)場使用的同步磁阻電機電感飽和曲線學習結(jié)果。
(3)MTPA控制。對于同步磁阻電機而言,轉(zhuǎn)子無繞組不存在銅耗,損耗主要集中在定子側(cè)。采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制,在產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的情況下,最優(yōu)地分配dq軸定子電流,使定子電流最小,進而使定子銅耗最小達到效率最優(yōu)。
根據(jù)轉(zhuǎn)矩表達式:
若認為電感為恒值,當時,相同的定子電流下輸出的轉(zhuǎn)矩最大。但是電機實際運行中,磁飽和對電機參數(shù)影響很大,這時最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩角會偏離,采用恒流角45°控制無法實現(xiàn)效率最優(yōu)控制。通過電機電感飽和特性學習整定出MTPA曲線,自動調(diào)整電流角,從而任意頻率和負載下獲得最優(yōu)效率控制,將同步磁阻電機能效發(fā)揮至IE4及以上標準。
(4)弱磁控制?;僖韵聦﹄姍C進行MTPA控制,在基速以上進行弱磁控制,最大程度地利用電壓極限從而實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩最大化,擴大恒功率范圍。
以下為部分測試波形圖:
加減速時間0.1s,空載從0到額定頻率急加速和急減速
加減速時間0.1s,滿載從0到額定頻率急加速和急減速
突加和突卸180%額定負載
1.3倍額定轉(zhuǎn)速突加、突卸滿載
輸入電壓降低20%,額定轉(zhuǎn)速額定負載極限測試
總結(jié):
AC310變頻器同步磁阻電機開環(huán)矢量控制技術(shù)可以穩(wěn)定可靠地驅(qū)動同步磁阻電機,并取得了優(yōu)異的控制效果,這是國內(nèi)首家將同步磁阻電機控制技術(shù)實現(xiàn)通用產(chǎn)品化。源于驅(qū)動無止境的追求精神,偉創(chuàng)電氣會不斷為客戶提供最新最優(yōu)的電氣傳動解決方案。