一種基于電壓切割法的開繞組永磁同步電機系統(tǒng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于電壓切割法的開繞組永磁同步 電機系統(tǒng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球環(huán)境污染和能源危機的加劇，電動機正逐漸取代內(nèi)燃機等傳統(tǒng)燃料機械 在運輸牽引中的地位，成為具有高效率高性能的新型驅(qū)動系統(tǒng)，促進(jìn)了W電動汽車、船舶電 力推進(jìn)、高速鐵路為代表的電力牽引技術(shù)的蓬勃發(fā)展。
[0003] 永磁同步電機W其高功率密度、高功率因數(shù)W及高運行效率等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng) 用，該很大程度得益于轉(zhuǎn)子永磁體無需電勵磁。雖然永磁同步電機在基速W下具有極高的 功率因數(shù)和效率，但反電勢隨著轉(zhuǎn)速升高而增加，由于受到逆變器輸出容量的限制，必須通 過弱磁控制實現(xiàn)永磁同步電機的高速運行，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和效率下降。因此提高逆變器的直流 母線電壓有利于提高系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性，雙逆變器開繞組永磁同步電機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是其中 一種獲得高直流母線電壓的方式。
[0004] 如圖1所示，開繞組永磁同步電機系統(tǒng)是在傳統(tǒng)單逆變器驅(qū)動電機控制系統(tǒng)基 礎(chǔ)上，不改變原電機的本體電磁設(shè)計與機械結(jié)構(gòu)，僅將常規(guī)=相定子繞組中點打開形成兩 端開放式繞組，在繞組的另一端再串接一個逆變器（調(diào)節(jié)逆變器）而形成?？紤]成本問 題，部分學(xué)者對一側(cè)逆變器直流母線接電源另一側(cè)僅接電容的有效電源條件混合驅(qū)動拓?fù)?結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究。文獻(xiàn) 1( "Dual-invertercontrolstrategyforhi曲-speedopera tionofEVinductionmotors"，JunhaKimet.al,lEEETransactionsonlndustrialelectroni cs，2014, 51 (2) :312-320)利用主逆變器提供異步電機高速運行時的無功功率，獲得了極為 寬廣的恒功率區(qū)。文獻(xiàn) 2("DualInverterStrategWorHi曲SpeedOperationo甜EVPerma nentMagnetSynchronousMotor"，JoonSungParket.al,IndustryApplicationsConferen ce，2006, 1:488-494.)在理論上分析了混合逆變器同樣能較大幅度地提高永磁同步電機高 速時的轉(zhuǎn)矩和功率容量，但并未給出仿真或?qū)嶒烌炞C。文獻(xiàn)3 ("Extensionofthe化erating RegionofanlPMMotorUtilizingSeriesCompensation"，DiPanet.al,lEEETransactionson IndustryApplications，2014, 50(1) :539-548)引入電力系統(tǒng)串聯(lián)補償概念，將調(diào)節(jié)逆變器 與電機視為一個整體進(jìn)行控制，拓寬了電機運行范圍，增大了輸出轉(zhuǎn)矩。文獻(xiàn)4("AMetho壯 orSupplyVoltageBoostinginanOpen-EndedlnductionMachineUsingaDualInverterSystem WithaFloatingCapacitorBridge",JeffreyEwanchuket.al,lEEETransactionsonPowerEle ctronics，2013, 28 (3) : 1348-1357)則將主逆變器和調(diào)節(jié)逆變器視為兩個獨立的逆變器，研 究了通過改變兩者輸出電壓矢量的夾角，W達(dá)到提升電機端部供電電壓的目的。
[0005] 然而上述文獻(xiàn)均采用空間矢量脈寬調(diào)制（spacevecto巧ulsewi化hmo化lation， SVPWM)方式對兩個逆變器進(jìn)行控制。由于SVPWM控制策略下，逆變器開關(guān)管進(jìn)行斬波動作， 開關(guān)頻率高，損耗大，影響系統(tǒng)效率。為此文獻(xiàn)5 ("HybridMo化lationo巧ualinverte計orO pen-EndPermanentMa即etSync虹onousMotor",化ngjaeLeeet.al, 2014)提出六步調(diào)制策 略w降低逆變器的開關(guān)頻率和損耗，但由于該調(diào)制策略下為保持電機運行穩(wěn)定要求較高的 電容電壓，同樣增加了損耗。因此，亟需探索一種無需提高電容電壓，又能降低系統(tǒng)損耗的 控制方法，W保證開繞組電機的高效高性能運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于電壓切割法的開繞 組永磁同步電機系統(tǒng)控制方法，能夠保持電容電壓穩(wěn)定，降低開關(guān)損耗得W減少，從而使系 統(tǒng)效率得W提高。
[0007] -種基于電壓切割法的開繞組永磁同步電機系統(tǒng)控制方法，包括如下步驟：
[000引 （1)采集系統(tǒng)中主逆變器的直流母線電壓V<!。、調(diào)節(jié)逆變器的直流母線電壓V。。。、電 機的=相定子電流ig~i。和轉(zhuǎn)子位置角0t，進(jìn)而計算出電機的轉(zhuǎn)速《 ;
[000引 似利用轉(zhuǎn)子位置角0 ,對立相定子電流ia~i進(jìn)行Park變換，得到d-q旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系下的定子電流矢量Id。，并計算定子電流矢量Id。相對于d軸的夾角0 ;對S相定子電 流i。~i。進(jìn)行Clark變換，得到a-P靜止坐標(biāo)系下的定子電流矢量IaP，并計算定子電 流矢量1。0相對于a軸的夾角0
[0010] (3)根據(jù)給定的電機轉(zhuǎn)速和實際的電機轉(zhuǎn)速W，確定電機對應(yīng)d軸和q軸的 電流參考量i/和iq%
[0011] (4)根據(jù)定子電流矢量Id。W及電流參考量i巧日igt，確定電機對應(yīng)d軸和q軸的 電壓參考量V/和V。％進(jìn)而利用夾角0對電壓參考量V；郝Vqt進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到電機的 有功電壓參考量和無功電壓參考量Vuattiw%
[0012] (5)使給定的電容電壓參考量Vtapt減去直流母線電壓V進(jìn)而對相減結(jié)果進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)從得到電容充電電壓參考量
[001引做根據(jù)有功電壓參考量電容充電電壓參考量乃日夾角01，利用 電壓切割法確定主逆變器的有效電壓矢量及其作用時間及主逆變器的輸出電壓矢量 VmIa日；
[0014] (7)利用有效電壓矢量的作用時間Ty確定主逆變器的S相開關(guān)信號S~S1。；
[001引（8)根據(jù)有功電壓參考量Vgttiw%無功電壓參考量Vuattiw%電容充電電壓參考量 輸出電壓矢量Vae和夾角0 1，確定調(diào)節(jié)逆變器的調(diào)制電壓矢量Vciae，進(jìn)而通過 SVPWM技術(shù)得到調(diào)節(jié)逆變器的S相開關(guān)信號S,。~S,。；
[0016] (9)利用S相開關(guān)信號Si。~S1。和S2。~S2。經(jīng)驅(qū)動后分別對主逆變器和調(diào)節(jié)逆變 器中的功率開關(guān)器件進(jìn)行開關(guān)控制。
[0017] 所述的步驟（3)中確定電機對應(yīng)d軸和q軸的電流參考量i/和i。％具體過程如 下：
[0018]首先，使給定的電機轉(zhuǎn)速去實際的電機轉(zhuǎn)速《得到轉(zhuǎn)速誤差A(yù)?，進(jìn)而對 轉(zhuǎn)速誤差A(yù)?進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到電流參考幅值I/;
[0019] 然后，根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩電流比原理通過W下算式計算出電流參考幅值C的MTPA(最 大轉(zhuǎn)矩電流比）角丫MTPA;
[0020]
[00川其中；1])f為電機的永磁磁鏈，Ld和L。分別為電機的直軸電感和交軸電感；
[0022] 最后，根據(jù)所述的MTPA角丫MTPA和電流參考幅值I/通過W下關(guān)系式確定電流參考 量心和i;;
[0023]
【主權(quán)項】
1. 一種基于電壓切割法的開繞組永磁同步電機系統(tǒng)控制方法，包括如下步驟： (1) 采集系統(tǒng)中主逆變器的直流母線電壓Vd。、調(diào)節(jié)逆變器的直流母線電壓Vmp、電機的 三相定子電流i a~i。和轉(zhuǎn)子位置角Θ !·，進(jìn)而計算出電機的轉(zhuǎn)速ω ; (2) 利用轉(zhuǎn)子位置角Θ ^對三相定子電流i a~i。進(jìn)行Park變換，得到d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下的定子電流矢量Id(i，并計算定子電流矢量Idti相對于d軸的夾角β ;對三相定子電流 ia~i。進(jìn)行Cl