大功率永磁低速同步電機(jī)的無傳感器控制

由于PLL是一種自適應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)，故能實(shí)時(shí)跟蹤三相對(duì)稱電源的頻率與相位。在此根據(jù)PLL的特性及工作原理，設(shè)計(jì)了基于PLL的轉(zhuǎn)子位置／速度估計(jì)算法，其算法原理如圖1所示，其中PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)可參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)研究
將無傳感器控制算法用于2 MW PMSM控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)包含兆瓦級(jí)PMSM系統(tǒng)和變流器系統(tǒng)，其中電機(jī)系統(tǒng)采用PMSM對(duì)拖永磁同步發(fā)電機(jī)模擬直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。電機(jī)參數(shù)：額定功率P=2 MW，額定電壓U=690 V，額定轉(zhuǎn)速nr=17 r·min-1，定子電阻R=0．019 2 Ω，直軸電感Ld=0．004 H，交軸電感Lq=0．005 H，極對(duì)數(shù)np=30。
由式(1)可見，d，q軸分量相互耦合，采用前饋解耦控制策略，結(jié)合所提控制算法，可得圖2所示無傳感器控制系統(tǒng)框圖，其中，K=1/π。在此基于以RT-Lab軟硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，在Matlab下搭建該控制算法的系統(tǒng)仿真模型，然后將搭建好的仿真模型下載到RT-Lab實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，經(jīng)轉(zhuǎn)接板實(shí)現(xiàn)與變頻器之間的通信。

當(dāng)有傳感器時(shí)，轉(zhuǎn)子位置可測(cè)出，電機(jī)每次都可平穩(wěn)啟動(dòng)；而在無位置系統(tǒng)中，啟動(dòng)時(shí)并不知道轉(zhuǎn)子位置，若轉(zhuǎn)子位置與定子軸線之間角度過大，會(huì)導(dǎo)致電流過大或啟動(dòng)失敗。由于電機(jī)沒有安裝速度及位置傳感器，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程采用開環(huán)啟動(dòng)：①電機(jī)啟動(dòng)時(shí)采用常規(guī)V／F控制方法，當(dāng)運(yùn)行到1 Hz(2 r·min-1)時(shí)，待電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后切換到無傳感器控制算法；②由于電機(jī)沒有安裝位置／速度傳感器，將開環(huán)啟動(dòng)時(shí)給定的頻率換算出轉(zhuǎn)子位置角，并將其作為參考位置角，讓無傳感器控制算法實(shí)時(shí)估計(jì)、跟蹤。當(dāng)估計(jì)位置角跟蹤上參考位置時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到無傳感器控制。

圖3a，b為轉(zhuǎn)子估計(jì)值和參考值之間的變化曲線，由于啟動(dòng)時(shí)電流和電壓不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子估計(jì)值未較好地估計(jì)到實(shí)際位置，隨著電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子位置慢慢跟蹤上參考位置，且跟蹤誤差也慢慢減小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法具有較好的位置估計(jì)和跟蹤能力。圖3c，d為電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中跟蹤給定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速誤差的變化曲線，當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在2 r·min-1后，系統(tǒng)切換到無傳感器控制算法。當(dāng)給定值設(shè)為17r·min-1時(shí)，電機(jī)能快速跟蹤設(shè)定轉(zhuǎn)速，且轉(zhuǎn)速波動(dòng)也較小(0．5 r·min-1)?？梢?，該控制算法是有效、可行的。

4 結(jié)論
在此基于滑模觀測(cè)器魯棒性強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合鎖相環(huán)跟蹤三相對(duì)稱電源的頻率與相位的特性，構(gòu)建了一種永磁低速同步電機(jī)無傳感器控制系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)證明了該控制算法在不同給定轉(zhuǎn)速下都可較真實(shí)地反映出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和位置，且其在低速運(yùn)行過程中具有較好的穩(wěn)定性和可行性。