一種基于電壓切割法的低開(kāi)關(guān)損耗開(kāi)繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于電壓切割法的低開(kāi)關(guān)損耗開(kāi)繞 組永磁同步電機(jī)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(jī)的加劇，電動(dòng)機(jī)正逐漸取代內(nèi)燃機(jī)等傳統(tǒng)燃料機(jī)械 在運(yùn)輸牽引中的地位，成為具有高效率高性能的新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，促進(jìn)了W電動(dòng)汽車(chē)、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(jī)W其高功率密度、高功率因數(shù)W及高運(yùn)行效率等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng) 用，該很大程度得益于轉(zhuǎn)子永磁體無(wú)需電勵(lì)磁。雖然永磁同步電機(jī)在基速W下具有極高的 功率因數(shù)和效率，但反電勢(shì)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(guò)弱磁控制實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的高速運(yùn)行，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和效率下降。因此提高逆變器的直流 母線(xiàn)電壓有利于提高系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性，雙逆變器開(kāi)繞組永磁同步電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是其中 一種獲得高直流母線(xiàn)電壓的方式。
[0004] 如圖1所示，開(kāi)繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)單逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)基 礎(chǔ)上，不改變?cè)姍C(jī)的本體電磁設(shè)計(jì)與機(jī)械結(jié)構(gòu)，僅將常規(guī)=相定子繞組中點(diǎn)打開(kāi)形成兩 端開(kāi)放式繞組，在繞組的另一端再串接一個(gè)逆變器（調(diào)節(jié)逆變器）而形成?？紤]成本問(wèn) 題，部分學(xué)者對(duì)一側(cè)逆變器直流母線(xiàn)接電源另一側(cè)僅接電容的有效電源條件混合驅(qū)動(dòng)拓 撲結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究。文獻(xiàn) 1( "Dual-invertercontrolstrategyforhi曲-speed operationofEVinductionmotors",JunhaKimet.al,IEEETransactionson Industrialelectronics, 2014, 51 (2) :312-320)利用主逆變器提供異步電機(jī)高速運(yùn)行 時(shí)的無(wú)功功率，獲得了極為寬廣的恒功率區(qū)。文獻(xiàn)2("DualInvederStrategy化r HighSpeedOperationofHEVPermanentMagnetSynchronousMotor",JoonSung Parket.al,Indust;ryApplicationsConference,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(jī)高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩和功率容量，但并未給出 仿真或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證。文獻(xiàn) 3("ExtensionoftheOperatingRegionofanIPMMotor UtilizingSeriesCompensation"，DiPanet.al,IEEETransactionsonIndustry Applications, 2014, 50 (1) :539-548)引入電力系統(tǒng)串聯(lián)補(bǔ)償概念，將調(diào)節(jié)逆變器與電 機(jī)視為一個(gè)整體進(jìn)行控制，拓寬了電機(jī)運(yùn)行范圍，增大了輸出轉(zhuǎn)矩。文獻(xiàn)4("AMethod forSupplyVoltageBoostinginanOpen-EndedInductionMachineUsingaDual InverterSystemWithaFloatingCapacitorBridge"，JeffreyEwanchuket.al,IEEE TransactionsonPowerElectronics, 2013, 28 (3): 1348-1357)則將主逆變器和調(diào)節(jié)逆變 器視為兩個(gè)獨(dú)立的逆變器，研究了通過(guò)改變兩者輸出電壓矢量的夾角，W達(dá)到提升電機(jī)端 部供電電壓的目的。
[000引然而上述文獻(xiàn)均采用空間矢量脈寬調(diào)制（spacevectorpulsewi化h mcxlulation，SVPWM)方式對(duì)兩個(gè)逆變器進(jìn)行控制。由于SVPWM控制策略下，逆變器開(kāi)關(guān) 管進(jìn)行斬波動(dòng)作，開(kāi)關(guān)頻率高，損耗大，影響系統(tǒng)效率。為此文獻(xiàn)5("HybridMo化lation ofDualInverterforOpen-EndPermanentMagnetSynchronousMotor^,YongjaeLee et.al，2014)提出六步調(diào)制策略W降低逆變器的開(kāi)關(guān)頻率和損耗，但由于該調(diào)制策略下為 保持電機(jī)運(yùn)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(wú)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(kāi)繞組電機(jī)的高效高性能運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于電壓切割法的低開(kāi) 關(guān)損耗開(kāi)繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)控制方法，能夠保持電容電壓穩(wěn)定，降低開(kāi)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低開(kāi)關(guān)損耗開(kāi)繞組永磁同步電機(jī)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(xiàn)電壓V<!。、調(diào)節(jié)逆變器的直流母線(xiàn)電壓V。。。、電 機(jī)的=相定子電流ig~i。和轉(zhuǎn)子位置角0t，進(jìn)而計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速《 ;
[000引 似利用轉(zhuǎn)子位置角0 ,對(duì)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(jì)算定子電流矢量Id。相對(duì)于d軸的夾角0 ;對(duì)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(jì)算定子電 流矢量1。0相對(duì)于a軸的夾角0
[0010] (3)根據(jù)給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速和實(shí)際的電機(jī)轉(zhuǎn)速W，確定電機(jī)對(duì)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(jī)對(duì)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(duì)電壓參考量V；郝Vqt進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到電機(jī)的 有功電壓參考量和無(wú)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(xiàn)電壓V進(jìn)而對(duì)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(shí)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(shí)間L通過(guò)最佳零矢量選擇算法，確定主逆變器的 S相開(kāi)關(guān)信號(hào)Si。~S1。；
[001引 （8)根據(jù)有功電壓參考量VatUY。％無(wú)功電壓參考量VuatUY。％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(guò) SVPWM技術(shù)得到調(diào)節(jié)逆變器的S相開(kāi)關(guān)信號(hào)S2。~S2。；
[0016] (9)利用S相開(kāi)關(guān)信號(hào)Si。~S1。和S2。~S2。經(jīng)驅(qū)動(dòng)后分別對(duì)主逆變器和調(diào)節(jié)逆變 器中的功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
[0017] 所述的步驟（3)中確定電機(jī)對(duì)應(yīng)d軸和q軸的電流參考量i/和i。％具體過(guò)程如 下：
[0018]首先，使給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速去實(shí)際的電機(jī)轉(zhuǎn)速《得到轉(zhuǎn)速誤差A(yù)?，進(jìn)而對(duì) 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(guò)W下算式計(jì)算出電流參考幅值C的MTPA(最 大轉(zhuǎn)矩電流比）角丫MTPA;
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電壓切割法的低開(kāi)關(guān)損耗開(kāi)繞組永磁同步電機(jī)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(xiàn)電壓Vd。、調(diào)節(jié)逆變器的直流母線(xiàn)電壓Vmp、電機(jī)的 三相定子電流i a~i。和轉(zhuǎn)子位置角Θ !·，進(jìn)而計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω ; (2) 利用轉(zhuǎn)子位置角Θ ^對(duì)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(jì)算定子電流矢量Idti相對(duì)于d軸的夾角β ;對(duì)三相定子電流 ia~i。進(jìn)行Clark變換，得到α-β靜止坐標(biāo)系下的定子電流矢量Icip，并計(jì)算定子電流矢 量1。 (3相對(duì)于〇軸的夾角01; (3) 根據(jù)給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速ω#和實(shí)際的電機(jī)轉(zhuǎn)速ω，確定電機(jī)對(duì)應(yīng)d軸和q軸的電流 參考量i/和i (4) 根據(jù)定子電流矢量Idq以及電流參考量i /和i ，確定電機(jī)對(duì)應(yīng)d軸和q軸的電壓 參考量V/和V:，進(jìn)而利用夾角β對(duì)電壓參考量V/和V/進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到電機(jī)的有功 電壓參考量Vartiv/和無(wú)功電壓參考量 V _tij; (5) 使給定的電容電壓參考量V。：減去直流母線(xiàn)電壓V ΜΡ，進(jìn)而對(duì)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Vaarfiv/; (6) 根據(jù)有功電壓參考量Vac;tiv/、電容充電電壓參考量Vaartiv/和夾角Θ i，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(shí)間??；以及主逆變器的輸出電壓矢量V MIa e