电励磁同步电机全速段无位置传感器控制研究_吴伟亮1
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Electrical Automation
《
电气自动化
》2020
年第
42
卷 第
3
期
变流技术
Converter Techniques
电励磁同步电机全速段无位置传感器控制研究
吴伟亮
1，2
，
杨合民
1，2
，
简优宗
1，2
，
胡静
1，2
〔1．
南瑞集团
（
国网电力科学研究院
）
有限公司
，
江苏 南京
211106； 2．
国电南瑞科技股份有限公司
，
江苏 南京
211106〕
摘 要
：
电励磁同步电机具有调速范围宽
、
过载能力强和功率因数可调等优点
，
广泛应用于大功率传动领域
，
而无位置传感器控制技术
是电励磁同步电机调速中重要部分
。
为此介绍了一种只采用
IF
控制方案
，
另一种采用
IF
控制和转速闭环控制组合式方案
。
动模平台的试验结果验证了这两种方案都能实现电励磁同步电机无位置传感器的变频启动与调速
，
但
IF
控制和转速闭环控
制组合式的方案具有功率因数高和实用性强的优点
，
更能被用于高压大功率传动应用领域
。
关键词
：
电励磁
； IF
控制
；
转速闭环
；
无位置传感器
；
全速段
DOI： 10． 3969 / / j． issn． 1000 － 3886． 2020． 03． 002
［
中图分类号
］ TM341 ［
文献标志码
］ A ［
文章编号
］ 1000 － 3886（ 2020） 03 － 0004 － 03
Ｒesearch on Position Sensorless Control of Electrically
Excited Synchronous Motors in the Full-speed Section
Wu Weiliang
1，2
，Yang Hemin
1，2
，Jian Youzong
1，2
，Hu Jing
1，2
〔1． NAＲI Group （ State Grid Electric Power Ｒesearch Institute） Co． ，Ltd． ，Nanjing Jiangsu 211106，China；
2． NAＲI Technology Co． ，Ltd． ，Nanjing Jiangsu 211106，China〕
Abstract： The electrically excited synchronous motor，with such advantages as wide range of speed regulation，strong overlo a d capability and
adjustable power factor，is widely used in the field of high power transmission，and position sensorless control technology is an
important part of it s speed regulation． Schemes using only IF control or using both IF control and speed closed-loop contr o l were
introduced ． Experimental results o f a dynamic simulation platform showed that both schemes could r e alize variable fre quency start and
speed regulation of the electrically excited synchronous motor without position sensor
，but combination IF control and speed closed-
loop control had the merits of high power factor and strong practicability and was more suitable for the field of high voltage and high
power transmission．
Keywords： electrically excited； IF control； speed closed loop； position sensorless； full-speed section
定稿日期
： 2910 － 09 － 12
0
引 言
电励磁同步电机具有调速范围宽
、
功率因数可调和过载能力
强等优点
［1 － 2］
，
在轧钢机
、
风机
、
提升机
、
火电
、
水电以及船舶推进
器等大功率场合广泛应用
。
在电励磁同步电机优良的控制系统
中
，
一般需要光电编码器等传感设备检测电机转速作为转速闭环
控制的反馈值
。
由于传感设备成本高
、
安装精度无法保证及恶劣
环境影响测量速度精确性等原因
［3 － 4］
，
因此永磁同步电机和异步
电机的无位置传感器控制技术被大量学者研究
［5 － 9］
。
本文设计两种控制方案来实现电励磁同步电机无位置传感
器的变频启动与调速
。
方案一为只采用
IF
控制
，
即低速段和中高速段均采用转速
开环
，
电流闭环
，
转子位置角采用自生成转子位置角的
IF
控制
。
方案二为
IF
控制和转速闭环控制组合式控制
，
即低速段采
用转速开环
，
电流闭环
，
转子位置角采用自生成转子位置角的
IF
控制
；
中高速段采用转速闭环
，
电流闭环
，
转子位置角采用磁链观
测器和锁相环估算的转子位置角的双闭环控制
。
1
组合式无位置传感器控制原理
IF
控制和转速闭环控制组合式的无位置传感器控制原理如
图
1
所示
，
其中
： u
sa
、u
sb
、u
sc
为定子电压
； i
sa
、i
sb
、i
sc
为定子电流
； U
dc
为直流母线电压
； v
sd
、v
sq
为逆变器的控制电压
d、q
轴分量
； i
sd
、i
sq
为定子电流的
d、q
轴分量
； i
f
为转子励磁电流
； L
d
、L
q
、L
m
分别为
定子绕组
d
轴电感
、q
轴电感和定转子绕组互感
； n
*
0
、
θ
1
、
ω
1
、i
*
sq1
分
别为
IF
控制阶段的速度参考值
、
开环转子位置角度
、
开环转子角
速度和定子电流的
q
轴分量参考值
； n
*
、n、
θ
2
、
ω
2
、i
*
sq2
分别为速度
闭环阶段的速度参考值
、
估算速度
、
估算转子位置角度
、
估算转子
图
1 IF
控制和转速闭环控制组合式的无位置传感器控制
4
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