大功率永磁低速同步電機的無(wú)傳感器控制

由于PLL是一種自適應閉環(huán)系統，故能實(shí)時(shí)跟蹤三相對稱(chēng)電源的頻率與相位。在此根據PLL的特性及工作原理，設計了基于PLL的轉子位置／速度估計算法，其算法原理如圖1所示，其中PI調節器的參數可參考文獻設計。

3 實(shí)驗研究
將無(wú)傳感器控制算法用于2 MW PMSM控制實(shí)驗平臺。該平臺包含兆瓦級PMSM系統和變流器系統，其中電機系統采用PMSM對拖永磁同步發(fā)電機模擬直驅式風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗平臺。電機參數：額定功率P=2 MW，額定電壓U=690 V，額定轉速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，極對數np=30。
由式(1)可見(jiàn)，d，q軸分量相互耦合，采用前饋解耦控制策略，結合所提控制算法，可得圖2所示無(wú)傳感器控制系統框圖，其中，K=1/π。在此基于以RT-Lab軟硬件平臺為基礎的實(shí)時(shí)仿真系統，在Matlab下搭建該控制算法的系統仿真模型，然后將搭建好的仿真模型下載到RT-Lab實(shí)時(shí)仿真系統，經(jīng)轉接板實(shí)現與變頻器之間的通信。

當有傳感器時(shí)，轉子位置可測出，電機每次都可平穩啟動(dòng)；而在無(wú)位置系統中，啟動(dòng)時(shí)并不知道轉子位置，若轉子位置與定子軸線(xiàn)之間角度過(guò)大，會(huì )導致電流過(guò)大或啟動(dòng)失敗。由于電機沒(méi)有安裝速度及位置傳感器，整個(gè)實(shí)驗過(guò)程采用開(kāi)環(huán)啟動(dòng)：①電機啟動(dòng)時(shí)采用常規V／F控制方法，當運行到1 Hz(2 r·min-1)時(shí)，待電機穩定運行一段時(shí)間后切換到無(wú)傳感器控制算法；②由于電機沒(méi)有安裝位置／速度傳感器，將開(kāi)環(huán)啟動(dòng)時(shí)給定的頻率換算出轉子位置角，并將其作為參考位置角，讓無(wú)傳感器控制算法實(shí)時(shí)估計、跟蹤。當估計位置角跟蹤上參考位置時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)切換到無(wú)傳感器控制。

圖3a，b為轉子估計值和參考值之間的變化曲線(xiàn)，由于啟動(dòng)時(shí)電流和電壓不穩定，轉子估計值未較好地估計到實(shí)際位置，隨著(zhù)電機的平穩運行，轉子位置慢慢跟蹤上參考位置，且跟蹤誤差也慢慢減小，實(shí)驗結果表明，該算法具有較好的位置估計和跟蹤能力。圖3c，d為電機實(shí)際運行過(guò)程中跟蹤給定轉速和轉速誤差的變化曲線(xiàn)，當電機穩定運行在2 r·min-1后，系統切換到無(wú)傳感器控制算法。當給定值設為17r·min-1時(shí)，電機能快速跟蹤設定轉速，且轉速波動(dòng)也較小(0．5 r·min-1)?？梢?jiàn)，該控制算法是有效、可行的。

4 結論
在此基于滑模觀(guān)測器魯棒性強、設計簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結合鎖相環(huán)跟蹤三相對稱(chēng)電源的頻率與相位的特性，構建了一種永磁低速同步電機無(wú)傳感器控制系統。通過(guò)實(shí)驗證明了該控制算法在不同給定轉速下都可較真實(shí)地反映出轉子的轉速和位置，且其在低速運行過(guò)程中具有較好的穩定性和可行性。