一種多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：A、電流參考值坐標(biāo)變換；B、電流多重比例諧振調(diào)節(jié)；C、耦合補(bǔ)償；該控制方法是基于多相永磁同步電機(jī)矢量控制，將多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系電流參考值，經(jīng)過多相坐標(biāo)變換至多相靜止坐標(biāo)系下各相電流參考值，與電機(jī)各相電流反饋值，分別進(jìn)行改進(jìn)的多重疊加比例諧振調(diào)節(jié)，并引入諧振分離方法，采用前饋補(bǔ)償解耦，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能基波及可用次諧波的無靜差跟蹤和有害次諧波抑制。該方法可抑制多相電機(jī)有害諧波電流造成的電機(jī)損耗，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和振動(dòng)噪聲等負(fù)面影響，并使可用諧波電流的正面效應(yīng)得以發(fā)掘，充分發(fā)揮多相電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，提高了系統(tǒng)性能。
【專利說明】—種多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交流電動(dòng)機(jī)及其控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，用于大功率交流電機(jī)傳動(dòng)場合，特別適用于船舶推進(jìn)、礦山機(jī)械、軌道牽引、軋鋼、風(fēng)機(jī)泵類調(diào)速等大功率交流電機(jī)傳動(dòng)場合。
【背景技術(shù)】
[0002]交流電機(jī)，尤其是新型永磁電機(jī)采用稀土永磁材料產(chǎn)生機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所需要的磁場，具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，體積小，重量輕，高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]而能源問題的日益凸顯使得采用調(diào)速傳動(dòng)減小在電力消耗中占很大比重的大功率交流電機(jī)的浪費(fèi)和損耗以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，日益受到關(guān)注。
[0004]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，多相功率變換器使電機(jī)擺脫工業(yè)電網(wǎng)相數(shù)的限制。與傳統(tǒng)三相電機(jī)系統(tǒng)相比，多相系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)在于:
隨著功率等級(jí)的提高，多相電機(jī)通過增大電機(jī)相數(shù)和逆變器橋臂數(shù)，不僅易于通過低壓器件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的大功率運(yùn)行，有利于減低系統(tǒng)的成本，還避免了器件串聯(lián)帶來的靜動(dòng)態(tài)均壓問題和多電平帶來的拓?fù)浼捌淇刂茝?fù)雜等問題。尤其在供電電壓受限的場合(如船舶電力推進(jìn))，更具優(yōu)勢(shì)。
[0005]多相電機(jī)具有相冗余特性，當(dāng)相故障時(shí)，仍能獲得平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)抗干擾運(yùn)行。適合于艦船推進(jìn).核電站水冷系統(tǒng)，航空航天等高可靠性要求的場合。
[0006]多相電機(jī)具有更多的控制資源。從開關(guān)狀態(tài)來看，具有更多的非零電壓空間矢量，從坐標(biāo)變換來看，具有多個(gè)相互正交的而平面，其中可分別控制相應(yīng)的變量，有更多的潛倉泛。
[0007]多相電機(jī)中諧波磁場次數(shù)增大，影響減小，與電流作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，也減小，使得振動(dòng)與噪聲減小，轉(zhuǎn)子損耗減低。
[0008]然而，一般而言，多相電機(jī)每相串聯(lián)匝數(shù)較小，定子漏感相對(duì)較小，對(duì)電流諧波的抑制作用在相同的情況下不及三相電機(jī)。
[0009]電流諧波主要源于:供電的電壓源變換器非線性特性以及PWM調(diào)制的死區(qū)效應(yīng)等會(huì)使輸出電壓含有大量的低次諧波，諧波電壓作用在低阻抗空間上會(huì)產(chǎn)生很大的諧波電流，此外，電機(jī)鐵心存在固有的非線性特性，永磁體修整設(shè)計(jì)制造的形狀誤差，非正弦氣隙磁通導(dǎo)致的諧波反電勢(shì)在電機(jī)運(yùn)行中均產(chǎn)生諧波電流，而且，一些多相電機(jī)新型拓?fù)淙鏗橋開繞組等，由于解開了繞組中性點(diǎn)，使某些次數(shù)諧波電流形成通路，促使了其形成。
[0010]多相永磁同步電機(jī)通過合理的繞組設(shè)計(jì)和永磁體修整，匹配其磁勢(shì)空間波和電流時(shí)間波是可以利用某些低次諧波實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，優(yōu)化氣隙磁密波形，提高鐵心利用率，并增大轉(zhuǎn)矩密度，但其有害次諧波的影響仍不容小覷。主要反映在:增加繞組損耗；引起電機(jī)切向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；產(chǎn)生電機(jī)徑向電磁激振力，增加振動(dòng)噪聲；導(dǎo)致相電流峰值增大，而可能導(dǎo)致過流故障，降低電機(jī)系統(tǒng)性能。盡管采用用濾波器能一定程度上解決這一問題，但無疑導(dǎo)致了系統(tǒng)體積、重量、成本的增加。[0011]多相永磁同步電機(jī)的控制策略主要包括恒壓頻比控制、磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。其中矢量控制通過坐標(biāo)變換對(duì)磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩分別采用閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)磁場和電流的解耦，具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能；直接轉(zhuǎn)矩控制勿需復(fù)雜的坐標(biāo)變換，通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤，實(shí)現(xiàn)PWM和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能，具有魯棒性。
[0012]掣肘于多相永磁同步電機(jī)有害次諧波電流的不利影響，其應(yīng)用受到了限制。而目前，鮮有相應(yīng)的技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于解決多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化的控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提出一種多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，以實(shí)現(xiàn)電流波形優(yōu)化控制，減少繞組損耗；消弱電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；減小電機(jī)徑向電磁激振力，減小振動(dòng)噪聲；避免電流諧波引起的相電流峰值增大而導(dǎo)致的過流故障，提高電機(jī)系統(tǒng)性能。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，包括以下步驟:
A、電流參考值坐標(biāo)變換:根據(jù)基波及可用次諧波電流在多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的dq分量
參考值C C " C C,經(jīng)過多相坐標(biāo)變換，變換至多相靜止坐標(biāo)系，形成各相交流電流參考值f 廣，其中含基波、并疊加了…7次可用諧波，...1為可用諧波次數(shù)，7為

Z ψ ψ * W
可用諧波最高次數(shù)；所述可用次諧波電流是指可實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的低次諧波電流，Ii/
B、電流多重比例諧振調(diào)節(jié):將電機(jī)各相電流,其中含基波、并疊加了…7次可用諧波、-h次有害諧波，作為反饋值，與依據(jù)步驟A確定的各相電流參考值I*a…i*m:,在多相靜止坐標(biāo)系下進(jìn)行多重比例諧振調(diào)節(jié)，各相電流調(diào)節(jié)結(jié)果產(chǎn)生各相交流電壓參考初值…;所述有害次諧波電流是指不能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的高次諧波電流，…h(huán)為有...h害諧波次數(shù)，I < /I,有害諧波的最低次數(shù)高于可用諧波最高次數(shù)；多重比例諧振調(diào)節(jié)是通過多重比例諧振調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)；
C、耦合補(bǔ)償:依據(jù)步驟B確定的各相電壓參考初值《二…，疊加耦合補(bǔ)償量
Ila,…Hik ,確定各相交流電壓參考值i{:…Ills。
[0015]進(jìn)一步的技術(shù)方案是:
所述的多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，其步驟A電流參考值坐標(biāo)變換是按矩陣r實(shí)現(xiàn)多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到多相靜止坐標(biāo)系的多相坐標(biāo)變換:
【權(quán)利要求】
1.一種多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括以下步驟: A、電流參考值坐標(biāo)變換:根據(jù)基波及可用次諧波電流在多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的dq分量參考值ζ.ζ: …!j C ,經(jīng)過多相坐標(biāo)變換，變換至多相靜止坐標(biāo)系，形成各相交流電流參考值Z I*，其中含基波、并疊加了…7次可用諧波，...1為可用諧波次數(shù)，7為
可用諧波最高次數(shù)；所述可用次諧波電流是指可實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的低次諧波電流，Ii/ B、電流多重比例諧振調(diào)節(jié):將電機(jī)各相電流ζ…^,其中含基波、并疊加了…7次可用諧波、…h(huán)次有害諧波，作為反饋值，與依據(jù)步驟A確定的各相電流參考值ζ…?:，在多相靜止坐標(biāo)系下進(jìn)行多重比例諧振調(diào)節(jié)，各相電流調(diào)節(jié)結(jié)果產(chǎn)生各相交流電壓參考初值么…i/\ ;所述有害次諧波電流是指不能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的高次諧波電流，...h為有-.?..害諧波次數(shù)，I < /I,有害諧波的最低次數(shù)高于可用諧波最高次數(shù)；多重比例諧振調(diào)節(jié)是通過多重比例諧振調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)； C、耦合補(bǔ)償:依據(jù)步驟B確定的各相電壓參考初值…疊加耦合補(bǔ)償量 U…U ，確定各相交流電壓參考值Iil…iC。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述步驟A電流參考值坐標(biāo)變換是按矩陣實(shí)現(xiàn)多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到多相靜止坐標(biāo)系的多相坐標(biāo)變換:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟B所述多重比例諧振調(diào)節(jié)器是在多相靜止坐標(biāo)系下的多重比例諧振調(diào)節(jié)器，為比例調(diào)節(jié)器和各次諧波諧振調(diào)節(jié)器的疊加，構(gòu)成完整的復(fù)合電流控制器，具有如下傳遞函數(shù):
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟B所述多重比例諧振調(diào)節(jié)器，當(dāng)被控量與參考值偏差較大時(shí)，取消諧振作用，當(dāng)被控量接近參考值時(shí)，引入諧振控制，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟B所述多重比例諧振調(diào)節(jié)器，其中，傳遞函數(shù)為GISI = K:的諧振調(diào)節(jié)器部
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相永磁同步電機(jī)電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟C所述耦合補(bǔ)償量tiat…Iimr按下式確定:
【文檔編號(hào)】H02P21/05GK103490692SQ201310475363
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月13日
【發(fā)明者】姬凱, 龍文楓, 高躍, 文蘭平, 徐 明 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所