一种记忆电机离线充去磁方法及装置

1.本发明属于记忆电机控制领域，具体涉及一种记忆电机离线充去磁方法及装置。


背景技术：

2.比起传统永磁同步电机，记忆电机具有永磁磁链可控的特征，能够拓宽调速范围并提升整体运行效率，自问世以来，得到了国内外学者的广泛关注。经过20余年的发展，记忆电机的设计与优化技术取得了显著进展，近年来，记忆电机的控制技术逐渐引起相关领域学者的关注，如何控制磁化状态已经成为记忆电机控制领域的一个热点话题。
3.一般来说，记忆电机在低速运行区间需求较高的永磁体磁链以获得更大的输出转矩，增加带载能力，而在高速运行区间则需求较低的永磁体磁链以降低电机反电势，拓宽恒功率运行范围。现有文献很少考虑记忆电机磁化状态的初始化控制，即在记忆电机起动前，如何控制永磁体的磁化状态处于较高水平，从而降低启动电流。
4.理论上，传统的在线调磁方案能够实现记忆电机的磁化状态初始化控制，该方案通常基于矢量控制框架实现，将电机转速参考值设置为零，而后对电机的dq轴电流同时进行闭环控制。然而，由于存在交叉耦合效应，调磁过程中可能会出现电机旋转的情况。此外，该方案需要获取准确的转子位置信息，不适用于无位置编码器的应用场合。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种记忆电机离线充去磁方法及装置，通过逆变器即可实现记忆电机的磁化状态初始化控制。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种记忆电机离线充去磁方法，包括以下步骤：
8.转子预定位，通过保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比da，来控制电机a相绕组电流为正值，将电机转子d轴与定子a相绕组对齐，使得后续注入的调磁电流方向正对转子d轴；
9.调磁，基于预设调磁状态设定调磁电流幅值确定调磁电流轨迹，利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比da，使实际a相电流跟踪所设定的调磁电流轨迹以注入所需调磁电流，同时，根据充去磁操作控制逆变器b相与c相的桥臂导通状态，进而实现调磁。
10.进一步地，所述的控制电机a相绕组电流为正值的具体方法为：
11.保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比da，所述a相桥臂的占空比可通过下式计算：
[0012][0013]
式中，da为a相桥臂的占空比，ir为绕组电流额定值，rs为绕组电阻，v
dc
为母线直流电压。
[0014]
进一步地，所述的调磁电流轨迹设定的具体方法为：通过查找磁化状态—调磁电流曲线确定调磁电流的幅值，同时，调磁电流轨迹为梯形。
[0015]
进一步地，所述的对电机a相绕组电流进行闭环控制的具体方法为：利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比，使实际a相电流跟踪设定的调磁电流轨迹，所述a相桥臂占空比可用下式计算：
[0016][0017]
式中，da为a相桥臂的占空比，v
dc
为母线直流电压，k
p
与ki分别为比例系数与积分系数，s表示复频率，i
f*
为调磁电流给定值，ia为实际a相绕组电流。
[0018]
进一步地，所述的根据充去磁操作控制逆变器b相与c相进行充磁的具体方法为：充磁时，保持逆变器b相与c相下桥臂导通，
[0019]
进一步地，所述的根据充去磁操作控制逆变器b相与c相进行去磁的具体方法为：去磁时，保持逆变器b相与c相上桥臂导通。
[0020]
一种记忆电机离线充去磁装置，包括：
[0021]
转子预定位模块，通过保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比da，来控制电机a相绕组电流为正值，将电机转子d轴与定子a相绕组对齐，使得后续注入的调磁电流方向正对转子d轴；
[0022]
调磁模块，基于预设调磁状态设定调磁电流幅值确定调磁电流轨迹，利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比da，使实际a相电流跟踪所设定的调磁电流轨迹，以注入所需调磁电流，同时，根据充去磁操作控制逆变器b相与c相的桥臂导通状态，进而实现调磁。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
本发明提供一种记忆电机离线充去磁方法，通过逆变器实现记忆电机的离线充去磁，操作简单且无需获取电机转子位置信息，能够实现记忆电机永磁体磁化状态的初始化控制，使其在电机起动前保持在较高水平以降低电机起动电流。另一方面，本发明提供方法亦能够实现离线去磁，适用于记忆电机不同磁化状态下参数的测试工作。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1为本发明实施例的流程图；
[0027]
图2为本发明实施例的转子预定位过程中的等效电路图；
[0028]
图3为本发明实施例的磁化状态—调磁电流曲线图；
[0029]
图4为本发明实施例的调磁电流轨迹示意图；
[0030]
图5为本发明实施例的充磁与去磁过程中系统的等效电路图；
[0031]
图6为本发明实施例的装置示意图。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
如图1所示，本发明提供一种技术方法，一种记忆电机离线充去磁方法，包括以下步骤：
[0034]
转子预定位，通过保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比da，来控制电机a相绕组电流为正值，将电机转子d轴与定子a相绕组对齐，使得后续注入的调磁电流方向正对转子d轴；
[0035]
调磁，基于预设调磁状态设定调磁电流幅值确定调磁电流轨迹，利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比da，使实际a相电流跟踪所设定的调磁电流轨迹以注入所需调磁电流，同时，根据充去磁操作控制逆变器b相与c相的桥臂导通状态，进而实现调磁。
[0036]
pi控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
[0037]
进一步地，如图2所示，图2为本发明实施例的转子预定位过程中的等效电路图。控制电机a相绕组电流为正值的具体方法为：
[0038]
保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比da，所述a相桥臂的占空比可通过下式计算：
[0039][0040]
式中，da为a相桥臂的占空比，ir为绕组电流额定值，rs为绕组电阻，v
dc
为母线直流电压。
[0041]
本实例中，绕组电流额定值为7.5a，绕组电阻为1.3ω，母线直流电压为100v，则a相桥臂的占空比约为15％。
[0042]
进一步地，所述的调磁电流轨迹设定的具体方法为：通过查找磁化状态—调磁电流曲线确定调磁电流的幅值，同时，调磁电流轨迹为梯形。本实例中，磁化状态—调磁电流曲线如图3所示，预设调磁状态为0.174wb与0.261wb，对应的调磁电流轨迹如图4所示，激励、保持与恢复三个阶段均持续10ms。
[0043]
进一步地，所述的对电机a相绕组电流进行闭环控制的具体方法为：利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比，使实际a相电流跟踪设定的调磁电流轨迹，所述a相桥臂占空比可用下式计算：
[0044][0045]
式中，da为a相桥臂的占空比，v
dc
为母线直流电压，k
p
与ki分别为比例系数与积分系
数，s表示复频率，i
f*
为调磁电流给定值，ia为实际a相绕组电流。
[0046]
进一步地，如图5所示，图5为充磁与去磁过程中系统的等效电路图。根据充去磁操作控制逆变器b相与c相的具体方法为：充磁时，保持逆变器b相与c相的下桥臂导通；去磁时，保持逆变器b相与c相的上桥臂导通。
[0047]
根据本发明的一个方面，本发明提供一种记忆电机离线充去磁装置，包括：
[0048]
转子预定位模块，通过保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比da，来控制电机a相绕组电流为正值，将电机转子d轴与定子a相绕组对齐，使得后续注入的调磁电流方向正对转子d轴；
[0049]
调磁模块，基于预设调磁状态设定调磁电流幅值确定调磁电流轨迹，利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比da，使实际a相电流跟踪所设定的调磁电流轨迹，以注入所需调磁电流，同时，根据充去磁操作控制逆变器b相与c相的桥臂导通状态，进而实现调磁。
[0050]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0051]
对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0052]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
[0053]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

技术特征：
1.一种记忆电机离线充去磁方法，其特征在于，包括以下步骤：转子预定位，通过保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比d
a
，来控制电机a相绕组电流为正值，将电机转子d轴与定子a相绕组对齐，使得后续注入的调磁电流方向正对转子d轴；调磁，基于预设调磁状态设定调磁电流幅值确定调磁电流轨迹，利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比d
a
，使实际a相电流跟踪所设定的调磁电流轨迹以注入所需调磁电流，同时，根据充去磁操作控制逆变器b相与c相的桥臂导通状态，进而实现调磁。2.根据权利要求1所述的一种记忆电机离线充去磁方法，其特征在于，所述的控制电机a相绕组电流为正值的具体方法为：保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比d
a
，所述a相桥臂的占空比可通过下式计算：式中，d
a
为a相桥臂的占空比，i
r
为绕组电流额定值，r
s
为绕组电阻，v
dc
为母线直流电压。3.根据权利要求1所述的一种记忆电机离线充去磁方法，其特征在于，所述的调磁电流轨迹设定的具体方法为：通过查找磁化状态—调磁电流曲线确定调磁电流的幅值，同时，调磁电流轨迹为梯形。4.根据权利要求1所述的一种记忆电机离线充去磁方法，其特征在于，所述的对电机a相绕组电流进行闭环控制的具体方法为：利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比，使实际a相电流跟踪设定的调磁电流轨迹，所述a相桥臂占空比可用下式计算：式中，d
a
为a相桥臂的占空比，v
dc
为母线直流电压，k
p
与k
i
分别为比例系数与积分系数，s表示复频率，i
f*
为调磁电流给定值，i
a
为实际a相绕组电流。5.根据权利要求1所述的一种记忆电机离线充去磁方法，其特征在于，所述的根据充去磁操作控制逆变器b相与c相桥臂导通状态实现充磁的具体方法为：充磁时，保持逆变器b相与c相下桥臂导通。6.根据权利要求1所述的一种记忆电机离线充去磁方法，其特征在于，所述的根据充去磁操作控制逆变器b相与c相桥臂导通状态实现去磁的具体方法为：去磁时，保持逆变器b相与c相上桥臂导通。7.一种记忆电机离线充去磁装置，其特征在于，包括：转子预定位模块，通过保持逆变器b相与c相的上桥臂关断、下桥臂导通，同时，给定a相桥臂的占空比d
a
，来控制电机a相绕组电流为正值，将电机转子d轴与定子a相绕组对齐，使得后续注入的调磁电流方向正对转子d轴；
调磁模块，基于预设调磁状态设定调磁电流幅值确定调磁电流轨迹，利用pi控制器对a相电流进行闭环控制，获得逆变器a相桥臂的占空比d
a
，使实际a相电流跟踪所设定的调磁电流轨迹，以注入所需调磁电流，同时，根据充去磁操作控制逆变器b相与c相的桥臂导通状态，进而实现调磁。

技术总结
本发明属于记忆电机控制领域，公开一种记忆电机离线充去磁方法及装置，包括以下步骤：通过保持逆变器B相与C相的上桥臂关断、下桥臂导通，给定A相桥臂占空比，来控制电机A相绕组电流为正值，将电机转子d轴与定子A相绕组对齐；基于预设调磁状态设定调磁电流幅值确定调磁电流轨迹，利用PI控制器对A相电流进行闭环控制，获得逆变器A相桥臂占空比，使实际A相电流跟踪所设定的调磁电流轨迹，同时，根据充去磁操作控制逆变器B相与C相的桥臂导通进行调磁。利用逆变器实现记忆电机的离线充去磁，无需获取电机转子位置信息即可实现记忆电机永磁体磁化状态的初始化控制，使其在电机起动前保持在较高水平以降低电机起动电流。保持在较高水平以降低电机起动电流。保持在较高水平以降低电机起动电流。


技术研发人员：阳辉 刘兴 林鹤云
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/21