Page 60 - 《橡塑技术与装备》2022年12期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

新时达公司凭借十余年密炼机永磁同步系统推广 2.4 MTPA 永磁同步驱动控制算法简介
的经验与案例，结合 60 多个应用现场的实际应用效果， 永磁同步电机实际的运行过程中，直、交轴电流
我们可以得出以下几点经验和结论 ： 的分配受到电流极限圆和电压极限椭圆的约束，运行
2.1 针对高压变频器结构，“9 单元 ” 高压变 轨迹只能限制在二者的交集之内。因此必须按照特定
频器优于 “8 单元 ” 高压变频器 的规则来分配 i d 、i q 才能充分利用逆变器的容量，使
（1）9 单元输出比 8 单元输出电压谐波更小，变 电机出力达到最大，从而提高电机的运行效率。
频器运行效率更高。 最大转矩电流比控制是指在输出转矩恒定的情
（2）以每相输入电压 690 V 计算，8 单元叠加后， 况下，通过合理分配 i d 和 i q ，使得定子电流最小。
线电压为 1.732×690×8=9 560 V，实际是达不到 10 MTPA 控制从定子电流矢量入手研究 i d 、 i q 的分配原则，
kV 的，所以 9 级联的带载能力是强于 8 级联的。 定子电流矢量 i s 的幅值为 i s ，转矩电流之比可以表示
（3）对于恒温炼胶等新工艺，需要密炼机在带载 为：
情况下实现快速加 / 减速的工艺要求来说，9 单元结构 T 3
e = p ψ cosδ-0.5(L -L )i sin2δ] (1)
n [
比 8 单元结构能做到更短的加 / 减速时间，提高工艺 i s 2 f d q s
性能。 设关于转矩角的函数 ：
2.2 针对永磁电机控制模式，闭环矢量控制 3
f(δ) = 2 p ψ cosδ-0.5(L -L )i sin2δ] (2)
n [
d
q
s
f
模式优于开环控制模式
则 f(δ) 取得最大值的条件是其对 δ 的一阶导数等
（1）永磁同步电机矢量控制系统中，采用转速、
于零，二阶导数小于零，即 ：
电流双闭环的控制方法。
σ(δ) σ f(δ)
2
（2）转速环有两种采样方式 ：一种是通过编码器 σδ =0且 σδ 2 ＜0 (3)
直接反馈电机转速（闭环控制模式），另一种是通过观
由一阶导数为零解得 ：
测器和电机模型来计算电机转速（开环控制模式）。 ψ - 2 2 2
f
d
q
（3）由于观测器的采样会有误差与延时，所以闭 sinδ= f ψ +8(L -L ) i s (4)
4(L -L )i
环模式会比开环控制模式精度和响应速度更快。 d q s
代入到二阶导数则有 ：
（4）体现在密炼机应用上，闭环控制时电机的启
σ f(δ) 3
2
动力矩更大。在突然加载大负载时，密炼机转子的转 =- p cosδ ψ +8(L -L ) i (5)
2
2 2
n
σδ 2 2 f d q s
速不易跌落，能实现更快地加 / 减速工艺要求。
显然此时 f(δ) 的二阶导数小于零，因此函数 f(δ)
（5）在闭环控制模式下，永磁电机的启动电流更
存在极大值，且极大值存在的条件，即转矩与电流的
小，对变频器的冲击也更小，系统负荷更低，更利于
比值存在最大值的条件。
系统的稳定，减少故障率。 -ψ +
2
2 2
f
q
2.3 针对永磁电机控制算法 { i = f ψ +8(L -L ) i s
d
d 4(L -L )i (6)
相比较传统的 ID=0 永磁控制算法，MTPA 是目 d q s
2
d
前比较先进永磁控制算法，MTPA 控制算法无论是控 i = i - i d 2
s
制效率和精度都更为优秀。
式（6）即为 MTPA 控制时 i d 和 i q 的分配策略。
由于永磁同步电机的转子是永磁体，无需通电
从上述分析可知，最大转矩电流比控制实际上是
转子上即可保持有磁场。所以在对永磁同步电机进行
对磁阻转矩的充分利用，其本质是对转矩角的控制，
控制时，与传统的三相异步电机不同。比如在启动的
通过适当的调整转矩角使得电机在输出一定电磁转矩
时候是需要确定转子磁极位置角度，才能保证在启动
时定子电流最小。在逆变器的输出容量一定时，采用
时保持较小的启动电流，并同时产生足够大的力矩。
这种控制策略，能进一步提高永磁同步电机的效率，
在节能方面，采用了新型的 MTPA（最大转矩电流）
同时减小逆变器的工作电流，对逆变器的器件的容量
控制模式，对发挥永磁同步电机的节能特性，也起到
要求更小，功率器件的损耗也相对减少了。
了积极的作用。
综上所述，可以看出。高压变频器 + 永磁同步电
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