牵引永磁同步电机无传感器控制的带速重投的研究

摘要

永磁同步电机具有效率高、启动转矩大等优点，适合应用于轨道交通车辆作为牵引电机。为了避免使用机械式速度位置传感器，提高牵引传动系统可靠性，本文研究了无机械传感器的永磁同步电机速度/位置估计及惰行后的带速重投方法。
　　本文首先建立了永磁同步电机的数学模型，讨论了电机的矢量控制策略，研究了估计电机转子位置和速度的定子磁链法：采用一种变限幅值和截止频率的改进积分器来代替纯积分环节，避免了直流偏置的影响；应用有效磁链的概念，可精确地从定子磁链估计值计算出凸极式永磁电机的转子位置角。
　　牵引电机需要经常工作在惰行工况，惰行结束后电机的带速重投过程仍然需要对电机速度和位置进行准确估计。由于惰行时电机无电流，因此常规方法不再适用。本文采用短路电流矢量法，即在惰行即将结束时对电机进行两次短时间短路，通过短路电流值可估计出电机重投时刻的转速及位置。本文还研究了带速重投期间，短路电流矢量法和定子磁链法的过渡过程。
　　本文在Matlab/Simulink仿真平台下搭建了永磁同步电机无传感器矢量控制仿真模型，并在基于Myway控制系统的永磁电机实验平台上完成了基于定子磁链法及短路电流法的矢量控制及带速重投实验。不同转速及负载下的仿真与实验结果证明了定子磁链法在电机的中高速区域具有较高估计精度。而短路电流矢量法在惰行结束后，可平稳实现带速重投。