一种混合逆变器开绕组永磁同步电机系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种混合逆变器开绕组永磁同步电机系统的控制方法，采集电机三相定子电压与电流后，经三相/两相静止坐标变换，得到两相静止坐标系下的电压和电流，据此得到电磁转矩和定子磁链实际反馈值，经PI控制器得到电磁转矩的初始给定值，从而得到电磁转矩和定子磁链的给定值，再结合电容电压PI控制器的输出，得到两个逆变器的最终给定电压矢量，最后经空间矢量脉宽调制生成逆变器的开关信号，触发混合逆变器的开关器件，实现开绕组永磁同步电机的直接转矩控制。本发明实现了开绕组永磁同步电动机低、中、高速的宽范围运行，增大了电机加速过程中的电磁转矩，提高了直流电压源的电压利用率，并保证了永磁同步电机的高速恒功率运行。

主权项

一种混合逆变器开绕组永磁同步电机系统的控制方法，混合逆变器由直流电压源供电的第一逆变器(1)和电容供电的第二逆变器(2)构成，第一逆变器(1)和第二逆变器(2)分别与永磁同步电动机(3)的定子绕组两端相连；其特征在于，该控制方法包括如下步骤：(1)利用电压电流传感器(6)采集永磁同步电机的三相定子电压信号u_au_bu_c和三相定子电流信号i_ai_bi_c，通过三相/两相静止坐标变换模块(9)对其进行坐标变换，得到两相静止αβ坐标系中的电压分量u_αu_β和电流分量i_αi_β；利用电压传感器(7)采集第二逆变器(2)的直流母线电压，即电容的反馈电压V_dc2；利用速度编码器(8)或者无传感器技术得到转子的转速ω；(2)根据所述的电压分量u_αu_β和电流分量i_αi_β，通过反馈电磁转矩、定子磁链和电流矢量估计模块(10)，计算出永磁同步电机的反馈电磁转矩T_e、反馈定子磁链Ψ_s和反馈定子磁链相对于α轴的夹角δ，同时计算出电流矢量的幅值I_s和电流矢量相对于α轴的夹角θ_i；(3)根据所述的转子转速ω和给定转速ω^*之差，经PI控制器(11)得到电磁转矩的初始给定值T_e’；将电磁转矩的初始给定值T_e’、反馈定子磁链Ψ_s、反馈定子磁链相对于α轴的夹角δ、电流矢量的幅值I_s、电流矢量相对于α轴的夹角θ_i和转速ω经给定电磁转矩与定子磁链计算模块(12)得到给定电磁转矩T_e^*和给定定子磁链Ψ_s^*；(4)给定电磁转矩T_e^*与反馈电磁转矩T_e之差，经PI控制器(13)，得到定子磁链的角度增量Δδ；将角度增量Δδ、给定定子磁链Ψ_s^*、反馈定子磁链Ψ_s、反馈定子磁链相对于α轴的夹角δ以及电流矢量相对于α轴的夹角θ_i通过给定电压计算分配模块(14)计算出给定电压矢量V_s在α轴和β轴方向上的分量V_α、V_β，并根据控制要求，将该给定电压矢量V_s分解为第一电压矢量：V_s1和第二电压矢量：V_s2；根据所述的电容反馈电压V_dc2与给定电容电压V_dc2^*之差，经PI控制器(15)，得到第二逆变器(2)的有功电压矢量V_c^*，与第二电压矢量V_s2相加，得到第二逆变器(2)的给定电压矢量V_s2^*；而第一电压矢量V_s1作为第一逆变器(1)的给定电压矢量V_s1^*；(5)根据所述的第一逆变器(1)给定电压矢量V_s1^*，利用空间矢量脉宽调制(16)生成PWM信号对第一逆变器(1)进行控制；根据所述的第二逆变器(2)给定电压矢量V_s2^*，利用空间矢量脉宽调制(17)生成PWM信号对第二逆变器(2)进行控制；所述的步骤(3)中，所述将电磁转矩的初始给定值T_e’、反馈定子磁链Ψ_s、反馈定子磁链相对于α轴的夹角δ、电流矢量的幅值I_s、电流矢量相对于α轴的夹角θ_i和转速ω经给定电磁转矩与定子磁链计算模块(12)得到给定电磁转矩T_e^*和给定定子磁链Ψ_s^*通过以下子步骤来实现：(3.1)将反馈定子磁链相对于α轴的夹角δ、电流矢量的幅值I_s和电流矢量相对于α轴的夹角θ_i，通过i_M计算模块(18)，根据公式i_M＝I_s*cos(θ_i‑δ)计算出电流矢量I_s在定子磁链方向轴上的投影i_M；(3.2)将反馈定子磁链Ψ_s、电流矢量I_s在定子磁链方向轴上的投影i_M、电磁转矩的初始给定值T_e’通过给定电磁转矩计算模块(19)，先根据公式计算给定电磁转矩的限幅值T_emax，以保证电机电流维持在最大值I_smax；其中，p是永磁同步电机的极对数，I_samx是定子电流的最大值；然后电磁转矩的初始给定值T_e’经过限幅后，得到电磁转矩的给定T_e^*；(3.3)将电磁转矩的给定T_e^*通过查询表(20)查出对应转矩的定子磁链Ψ_s1^*；查询表(20)是一张根据最大转矩电流比MTPA算法得到的磁链－转矩对应表格，可根据电磁转矩查表得出对应的定子磁链，以获得单位电流下输出最大转矩的特性；将转速ω通过弱磁磁链计算模块(21)计算出对应转速的定子磁链Ψ_s2^*；弱磁磁链计算模块(21)是根据公式由转速ω决定定子磁链的大小；其中，V_dc1max和V_dc2max分别是第一逆变器(1)和第二逆变器(2)能够输出的最大电压；将Ψ_s1^*和Ψ_s2^*通过比较模块(22)，取两者中小者作为定子磁链的给定值Ψ_s^*。