雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑制方法
【專利摘要】雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑制方法，屬于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明是為了解決采用雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)存在零序電流的問題。它通過在矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加零序電流i0＝0的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)零序電流的抑制，它通過檢測電機(jī)三相電流來計(jì)算零序電流，并把其作為反饋量，構(gòu)建零序電流的閉環(huán)控制；零序電流環(huán)輸出為零序電壓給定，通過調(diào)節(jié)雙逆變器產(chǎn)生的零序電壓來抑制零序電流。本發(fā)明用于雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)中零序電流的抑制。
【專利說明】雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑 制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑制方法，屬 于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)系統(tǒng)由于具有良好的控制性能，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車、電力牽引、伺服 系統(tǒng)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)的繞組為星形連接，采用三橋臂逆變器供電，如圖1所示， 圖中由整流器1、直流濾波電容2、逆變器3和星接繞組永磁同步電機(jī)4組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)?圖，其中逆變器3為由三個(gè)橋臂組成的兩電平逆變器結(jié)構(gòu)。這種電機(jī)系統(tǒng)不具有故障容錯(cuò) 能力，并且直流母線電壓利用率較低，在高速運(yùn)行區(qū)需采用弱磁控制進(jìn)行擴(kuò)速，設(shè)計(jì)與控制 困難。為解決上述問題，目前采用將電機(jī)繞組中性點(diǎn)拆分開，形成三相繞組獨(dú)立的開放式繞 組永磁同步電機(jī)，它由兩個(gè)共母線的逆變器從電機(jī)兩端供電，構(gòu)成雙逆變器拓?fù)?。采用雙逆 變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)⒅绷髂妇€電壓提高一倍，因此同樣條件下 電機(jī)的基速便可提高一倍，這大大降低了弱磁控制的難度；同時(shí)，由于三相繞組獨(dú)立進(jìn)行控 制，當(dāng)其中一相出現(xiàn)故障后系統(tǒng)仍可采取措施容錯(cuò)運(yùn)行，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。然而， 正因?yàn)閷⑷嗬@組拆分，并由共母線的雙逆變器從兩端供電，根據(jù)基爾霍夫電流定律，使系 統(tǒng)不存在三相電流之和等于零的拓?fù)浼s束。而通常的SVPWM調(diào)制算法的等效調(diào)制波為基波 和三次諧波的疊加，勢必會(huì)引起各相繞組中存在三次諧波電壓和三次諧波電流，并且三次 分量相位一致，導(dǎo)致系統(tǒng)存在零序電流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是為了解決采用雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)存在 零序電流的問題，提供了一種雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑制 方法。
[0004] 本發(fā)明所述雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑制方法，它 基于開放式繞組永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，
[0005] 該電機(jī)控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器I、電流調(diào)節(jié)器II、dq-α β坐標(biāo)變 換單元、雙逆變器SVPWM單元、電流檢測單元、abc-dq坐標(biāo)變換單元和角度與速度計(jì)算單 元，
[0006] 它的控制方法為：電機(jī)給定轉(zhuǎn)速和經(jīng)角度與速度計(jì)算單元計(jì)算獲得的電機(jī)實(shí)際 轉(zhuǎn)速作差后，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器產(chǎn)生q軸電流的給定、，q軸電流的給定i(11?與經(jīng)過abc-dq坐 標(biāo)變換單元變換獲得的q軸電流i,作比較，差值通過電流調(diào)節(jié)器I調(diào)節(jié)，產(chǎn)生q軸電壓給定 量;abc_dq坐標(biāo)變換單元對電流檢測單元檢測獲得的電機(jī)輸入端三相電流值進(jìn)行變換；
[0007] d軸電流的給定= 0, d軸電流的給定與經(jīng)過abc-dq坐標(biāo)變換單元變換獲 得的d軸電流id作比較，差值通過電流調(diào)節(jié)器II調(diào)節(jié)，產(chǎn)生d軸電壓給定量u to，
[0008] q軸電壓給定量uv、d軸電壓給定量與經(jīng)過角度與速度計(jì)算單元計(jì)算獲得的電 機(jī)d軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)過α軸的電角度Θ經(jīng)過dq-α β坐標(biāo)變換單元變換到α β坐標(biāo)系下， 得到α軸電壓參考值1!"和β軸電壓參考值U&;角度與速度計(jì)算單元用于檢測電機(jī)的電 流和電壓信號(hào)，并計(jì)算獲得電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和電角度Θ ;
[0009] 雙逆變器SVPWM單元根據(jù)α軸電壓參考值!!"和β軸電壓參考值產(chǎn)生雙逆 變器的12路開關(guān)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；
[0010] 該抑制方法在上述電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加零序電流環(huán)，該零序電流環(huán)包括 電流調(diào)節(jié)器III和abc-dqo坐標(biāo)變換單元，該abc-dqo坐標(biāo)變換單元用于替換上述電機(jī)控 制系統(tǒng)中的abc-dq坐標(biāo)變換單元；
[0011] abc-dqo坐標(biāo)變換單元除用于實(shí)現(xiàn)上述電機(jī)控制系統(tǒng)中abc-dq坐標(biāo)變換單元的 變換外，還用于對電流檢測單元檢測獲得的電機(jī)輸入端三相電流值進(jìn)行變換，獲得電機(jī)的 實(shí)際零序電流i〇,將給定的零序電流與實(shí)際零序電流作比較，差值通過電流調(diào)節(jié)器 III調(diào)節(jié)，獲得期望的電機(jī)零序電壓參考值IV ;
[0012] 雙逆變器SVPWM單元根據(jù)α軸電壓參考值ιι"、β軸電壓參考值和期望的電 機(jī)零序電壓參考值IV產(chǎn)生雙逆變器的12路開關(guān)信號(hào)，使雙逆變器輸出端的實(shí)際零序電壓 1?趨近于期望的電機(jī)零序電壓參考值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；由此實(shí)現(xiàn)使實(shí)際零序電流L趨近 于零的閉環(huán)控制。
[0013] abc-dqO坐標(biāo)變換單元的變換公式為：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑制方法，它基于開放 式繞組永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)， 該電機(jī)控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（7)、電流調(diào)節(jié)器I(8)、電流調(diào)節(jié)器II(9)、dq-a3 坐標(biāo)變換單元（10)、雙逆變器SVPWM單元（11)、電流檢測單元（12)、abc-dq坐標(biāo)變換單元 (13)和角度與速度計(jì)算單元（14)， 它的控制方法為：電機(jī)給定轉(zhuǎn)速和經(jīng)角度與速度計(jì)算單元（14)計(jì)算獲得的電機(jī)實(shí) 際轉(zhuǎn)速作差后，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（7)產(chǎn)生q軸電流的給定iv，q軸電流的給定iql?與經(jīng)過 abc-dq坐標(biāo)變換單元（13)變換獲得的q軸電流作比較，差值通過電流調(diào)節(jié)器I(8)調(diào) 節(jié)，產(chǎn)生q軸電壓給定量Utff;abc-dq坐標(biāo)變換單元（13)對電流檢測單元（12)檢測獲得的 電機(jī)輸入端三相電流值進(jìn)行變換； d軸電流的給定= 0,d軸電流的給定與經(jīng)過abc-dq坐標(biāo)變換單元（13)變換獲 得的d軸電流id作比較，差值通過電流調(diào)節(jié)器11 (9)調(diào)節(jié)，產(chǎn)生d軸電壓給定量U&， q軸電壓給定量d軸電壓給定量與經(jīng)過角度與速度計(jì)算單元（14)計(jì)算獲得的 電機(jī)d軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)過a軸的電角度0經(jīng)過dq-a0坐標(biāo)變換單元（10)變換到a@坐 標(biāo)系下，得到a軸電壓參考值；!"和0軸電壓參考值Uf^ ;角度與速度計(jì)算單元（14)用于 檢測電機(jī)的電流和電壓信號(hào)，并計(jì)算獲得電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和電角度9 ; 雙逆變器SVPWM單元（11)根據(jù)a軸電壓參考值!!"和P軸電壓參考值Uk產(chǎn)生雙逆 變器的12路開關(guān)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行； 其特征在于，該抑制方法在上述電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加零序電流環(huán)，該零序電流 環(huán)包括電流調(diào)節(jié)器III(15)和abc-dqO坐標(biāo)變換單元（13-1)，該abc-dqO坐標(biāo)變換單元 (13-1)用于替換上述電機(jī)控制系統(tǒng)中的abc-dq坐標(biāo)變換單元（13); abc-dqO坐標(biāo)變換單元（13-1)除用于實(shí)現(xiàn)上述電機(jī)控制系統(tǒng)中abc-dq坐標(biāo)變換單元 (13)的變換外，還用于對電流檢測單元（12)檢測獲得的電機(jī)輸入端三相電流值進(jìn)行變換， 獲得電機(jī)的實(shí)際零序電流i〇,將給定的零序電流'與實(shí)際零序電流i〇作比較，差值通過電 流調(diào)節(jié)器111(15)調(diào)節(jié)，獲得期望的電機(jī)零序電壓參考值IV; 雙逆變器SVPWM單元（11)根據(jù)a軸電壓參考值u"、P軸電壓參考值Uk和期望的 電機(jī)零序電壓參考值Uta產(chǎn)生雙逆變器的12路開關(guān)信號(hào)，使雙逆變器輸出端的實(shí)際零序電 壓Utl趨近于期望的電機(jī)零序電壓參考值uta，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；由此實(shí)現(xiàn)使實(shí)際零序電流Ici趨 近于零的閉環(huán)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑 制方法，其特征在于，abc-dqO坐標(biāo)變換單元（13-1)的變換公式為：
式中ia為電機(jī)輸入端A相電流值，ib為電機(jī)輸入端B相電流值，i。為電機(jī)輸入端C相 電流值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙逆變器供電的開放式繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)零序電流抑 制方法，其特征在于，雙逆變器SVPWM單元（11)根據(jù)a軸電壓參考值uapP軸電壓參考 值Uh和期望的電機(jī)零序電壓參考值Uta產(chǎn)生雙逆變器的12路開關(guān)信號(hào)，使雙逆變器輸出 端的實(shí)際零序電壓Utl趨近于期望的電機(jī)零序電壓參考值Uta的具體實(shí)現(xiàn)方法為： 雙逆變器為逆變器I(3)和逆變器II(6)，雙逆變器輸出的電壓矢量U通過逆變器I(3) 輸出的電壓矢量U1減去逆變器II(6)輸出的電壓矢量U2得到：
按照矢量合成的三角形法則，得到雙逆變器輸出電壓矢量的空間分布圖，雙逆變器輸 出的電壓矢量具有18個(gè)非零矢量和1個(gè)零矢量，零矢量位于空間分布圖的原點(diǎn)0,18個(gè)非 零矢量位于空間分布圖中由內(nèi)向外形成的三個(gè)等邊六邊形ABCDEF、HJLNQS和GIKMPR的頂 點(diǎn)，其矢量幅值分別為2仏。/3、2、反&/3和4仏。/3; 雙逆變器SVPWM單元（11)通過分配零電壓矢量及其作用時(shí)間來實(shí)現(xiàn)零序電壓的調(diào) 節(jié)： 根據(jù)SVPWM調(diào)制原理，采用三個(gè)等邊六邊形AB⑶EF、HJLNQS和GIKMPR的頂點(diǎn)上的矢量 合成所需的參考電壓矢量0U; 將雙逆變器輸出電壓矢量的空間分布圖分為I?VI六個(gè)扇區(qū)，使六個(gè)扇區(qū)對應(yīng)的中心 點(diǎn)X依次分別為A、B、C、D、E和F， 確定參考電壓矢量OU所在扇區(qū)； 然后，按參考電壓矢量OU所在扇區(qū)中心點(diǎn)X將參考矢量OU分解為
； 再將雙逆變器中的一個(gè)逆變器箝位在一種開關(guān)狀態(tài)以產(chǎn)生矢量〇X，XU由另外一個(gè)逆 變器在以X為中心的四邊形內(nèi)合成，合成時(shí)將參考電壓矢量OU所在扇區(qū)進(jìn)一步分為1?6 六個(gè)子扇區(qū)，由AU所在子扇區(qū)內(nèi)相鄰的兩個(gè)矢量來合成； 最后，在子扇區(qū)調(diào)制時(shí)，設(shè)產(chǎn)生土Udc;/3零序電壓的零電壓矢量作用時(shí)間為XTtl，則另外 一個(gè)零電壓矢量的作用時(shí)間為（I-WTtl，計(jì)算獲得加入零矢量分配因子X后一個(gè)開關(guān)周期 內(nèi)的實(shí)際零序電壓
，式中Ttl為零矢量的作用時(shí)間、T1為前一個(gè)相鄰 矢量的作用時(shí)間、T2為后一個(gè)相鄰矢量的作用時(shí)間，Ud。為直流母線電壓； 使
，再計(jì)算獲得
，利用零矢量分配因子X重新分配零 矢量后獲得期望的電機(jī)零序電壓參考值IV，由此實(shí)現(xiàn)使雙逆變器輸出端的實(shí)際零序電壓Utl 趨近于期望的電機(jī)零序電壓參考值Uta。
【文檔編號(hào)】H02P27/08GK104242775SQ201410567013
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】安群濤, 孫力, 孫立志, 趙克, 鄒存芝 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)