空间矢量调制的永磁开关磁链发电机电压控制方法

摘要

本发明公布了一种空间矢量调制的永磁开关磁链发电机电压控制方法，属定子永磁式发电机控制方法。本发明调压方法定义电压PI环的输出为给定电磁转矩，在维持永磁开关磁链发电机定子磁链幅值恒定的条件下，选择合成空间矢量来调节定子磁链矢量与空载永磁磁链矢量的夹角，实现对电磁转矩和电压的快速精准控制。本发明无电流环和坐标变换环节，实现简单，仅须辨识定子磁链，参数鲁棒性强，电流谐波小，转矩脉动小，电压纹波小，动态响应快，具有良好的电压控制性能。

主权项

1.一种空间矢量调制的永磁开关磁链发电机电压控制方法，采用位置传感器检测得到永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角θ，其特征在于：采用电压传感器检测三相全桥逆变器母线得到实际电压U_dc，将给定的永磁开关磁链发电机电压U_dc^*与实际电压U_dc之差依次经过PI环节、限幅环节得到永磁开关磁链发电机瞬时转矩给定值T^*；将给定的永磁开关磁链发电机定子磁链幅值ψ^*以及永磁开关磁链发电机瞬时转矩给定值T^*、永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角θ经过目标定子磁链矢量环节得到永磁开关磁链发电机下一时刻目标定子磁链矢量将永磁开关磁链发电机下一时刻目标定子磁链矢量与永磁开关磁链发电机当前定子磁链矢量经过减运算环即作矢量差得到永磁开关磁链发电机定子磁链变化量将永磁开关磁链发电机定子磁链变化量经过空间矢量调制环节得到三相全桥逆变器的三相占空比即A相占空比D_A、B相占空比D_B、C相占空比D_C，将所述三相占空比经过三相全桥逆变器得到永磁开关磁链发电机在静止abc坐标下的三相相电流即A相电流i_sa、B相电流i_sb、C相电流i_sc，采用所述三相相电流驱动永磁开关磁链发电机得到永磁开关磁链发电机输出的目标电磁转矩T_e，下一时刻k+1永磁开关磁链发电机的目标电磁转矩为：${T_{e(k+1)}}^{*}=\frac{3p}{2L_s}\left|{\overrightarrow{\psi }}_{k+1}^{*}\right|\left|{\overrightarrow{\psi }}_m\right|\sin {\delta }^{*},$其中k为当前时刻，L_s为永磁开关磁链发电机定子电感，p为永磁开关磁链发电机极对数，为永磁开关磁链发电机当前空载永磁磁链矢量，永磁开关磁链发电机定子磁链矢量与空载永磁磁链矢量的夹角即转矩角δ的求取如下：(1)所述永磁开关磁链发电机包括n个转子齿和3对定子齿，n为自然数，位置传感器中永磁开关磁链发电机空载永磁磁链矢量角θ的求取如下：每一个转子齿与定子齿的工作方式都相同，转子齿的工作方式如下，当转子齿轴线与定子齿轴线相差机械角度时，此时永磁开关磁链电机空载永磁磁链矢量角θ＝0°；以此类推，当转子齿轴线与定子齿轴线相差机械角度时，此时永磁开关磁链电机空载永磁磁链矢量角θ＝360°，如此转子齿完成一个工作周期；(2)将永磁开关磁链发电机空载永磁磁链矢量角θ减去永磁开关磁链发电机定子磁链矢量的相角即可得到永磁开关磁链发电机定子磁链矢量与空载永磁磁链矢量的夹角即转矩角δ；永磁开关磁链发电机当前定子磁链矢量的求取包括以下步骤：采用电压传感器检测得到三相全桥逆变器的直流母线电压U_dc，采用所述直流母线电压U_dc与三相全桥逆变器的三相占空比即A相占空比D_A、B相占空比D_B、C相占空比D_C组合计算得出永磁开关磁链发电机在静止abc坐标下的三相相电压即A相电压u_sa、B相电压u_sb、C相电压u_sc：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{sa}}=\frac{U_{\mathrm{dc}}}{3}(2D_A-D_B-D_C)\\ u_{\mathrm{sb}}=\frac{U_{\mathrm{dc}}}{3}(2D_B-D_A-D_C)\\ u_{\mathrm{sc}}=\frac{U_{\mathrm{dc}}}{3}(2D_C-D_B-D_A)\end{array}\right.,$将永磁开关磁链发电机在静止abc坐标下的A相电压u_sa、B相电压u_sb、C相电压u_sc进行磁势不变的3/2变换得到永磁开关磁链发电机在静止αβ坐标系下的定子电压即α相定子电压u_sα、β相第二定子电压u_sβ：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{s\alpha }}=\frac{U_{\mathrm{dc}}}{2}(2D_A-D_B-D_C)\\ u_{\mathrm{s\beta }}=\frac{\sqrt{3}{U}_{\mathrm{dc}}}{2}(D_B-D_C)\end{array}\right.;$采用电流传感器检测得到永磁开关磁链发电机在静止abc坐标下的三相相电流即A相电流i_sa、B相电流i_sb、C相电流i_sc，将所述三相相电流进行磁势不变的3/2变换得到永磁开关磁链发电机在静止αβ坐标系下的定子电流即α相定子电流i_sα、β相定子电流i_sβ：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\alpha }}=\frac{U_{\mathrm{dc}}}{3}(2i_{\mathrm{sa}}-i_{\mathrm{sb}}-i_{\mathrm{sc}})\\ i_{\mathrm{s\beta }}=\frac{\sqrt{3}{U}_{\mathrm{dc}}}{3}(i_{\mathrm{sb}}-i_{\mathrm{sc}})\end{array}\right.,$利用永磁开关磁链发电机在静止αβ坐标系下的α相定子电压u_sα、β相第二定子电压u_sβ和α相定子电流i_sα、β相定子电流i_sβ计算得到永磁开关磁链发电机在静止αβ坐标系下的α相定子磁链ψ_sα，β相定子磁链ψ_sβ：R为永磁开关磁链发电机定子电阻，再将式永磁开关磁链发电机在静止αβ坐标系下的α相定子磁链ψ_sα，β相定子磁链ψ_sβ经过αβ坐标到极坐标的变换求得永磁开关磁链发电机当前定子磁链矢量的幅值ψ_k和相角θ_k+δ_k：${\psi }_k=\sqrt{{\psi }_{\mathrm{s\alpha }}^2+{\psi }_{\mathrm{s\beta }}^2}$${\theta }_k+{\delta }_k=\arctan \frac{{\psi }_{\mathrm{s\beta }}}{{\psi }_{\mathrm{s\alpha }}}.$