直驱变频器基于反电动势的无速度传感器控制算法

刘红 汪研

摘要：无速度传感器矢量控制系统取消了变压变频调速系统的速度检测装置，通过间接计算求出实际转速值作为转速的反馈信号。其基本组成原理是：在电机的定子侧装设电压传感器和电流传感器，通过检测三相电压uA，uB，uC和三相电流iA，iB，iC。根据3/2变换（矢量控制中三相轴系到二相轴系的变换）静止轴系中的两相电压usα，usβ及两相电流isα，isβ，由定子静止轴系（α-β）中的两相电压、电流可以推算定子磁链，估算电机的实际转速。由于转速推算器受转子参数的影响，因而基于转子磁链定向的转速推算器还需要考虑转子参数的改变。此外，转速推算器的实用性还取决于其精度和快速性。随着计算机运算性能和速度的不断提高，现代矢量控制方法已经能够非常精确地以高度的动态性控制感性设备中的磁通和力矩。同时为了抑制高频的机械振动，优化系统部件的电磁噪声并能够获得尽可能低的可预见的谐波电流，就有必要使用校准并且优化过的IGBT控制脉冲。无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本;另一方面，使得系统的体积小、重量轻，且减少了电机与控制器的连线，使得采用无速度传感器的异步电机的调速系统在工程中的应用更加广泛。

关键词：直驱发电机;永磁同步电机;无速度传感器;锁相环

0 引言

在采用磁场定向的矢量控制时，为了实现高性能的三相PMSG控制系统，一般都需要获得准确的转子位置及转速信息，但机械传感器的安装使用会增加系统成本、尺寸和重量，并对使用环境有比较严苛的要求[1]。无速度传感器控制技术通过检测电机绕组中的有关电信号，采用一定的控制算法进而实现转子位置及速度估算，这类方法依赖三相PMSG基波激励数学模型中与转速有关的量（如产生的反电动势）进行转子位置和速度估算，由于电机运行在零速和极低速时，有用信号的信噪比很低，通常难以提取。目前常用的算法包括滑模观测器算法[2-5]、模型参考自适应控制算法[6-7]、扩展卡尔曼滤波算法[8-9]等。

1 原理说明

PMSG机侧模型以发电机转子磁通为参考坐标系，电压方程为

其中：分别为发电机定子输出电压、电流的dq轴分量;为定子电阻;分别为定子dq轴电感;为电机转速;为永磁磁通。

对永磁同步电机进行控制的时候，需要知道电机转速和角度，由于没有安装速度传感器，需要进行估计。估计的反电动势通过下面的公式计算（电压电流都是在估计的旋转坐标系里计算得到，角速度也为估计值）。

对Ed、得到估计的角速度和角度以实现正常控制。

2 仿真分析

按照上述原理搭建仿真模型，电压电流采样周期20us，PWM載波周期为400us，机侧采用svpwm控制策略。

3 结论

在转速由大变小到由小变大（10r/min-4 r/min-10r/min）的过程中，转子的角速度和角度都能精准跟踪到电机的角速度和角度，控制的电压电流和功率都很稳定。基于反电动势法的无速度传感器效果很好。

参考文献

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