双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统

摘要

本发明公开了一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统，本发明方法包括计算指令电压

说明书

技术领域

本发明涉及双三相永磁同步电机的控制技术，具体涉及一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统。

背景技术

双三相永磁同步电机具有转矩脉动小，容错性好，高功率密度等优点而被广泛应用于电动汽车、船舶推进、大功率机车牵引等领域。但由于开关损耗和冷却条件的限制，在大功率牵引系统上，变流器的开关频率被限制在几百赫兹以内。低开关频率会导致逆变器的输出电压低次谐波含量增加，引起负载电流畸变，电流峰值变大，转矩脉动等问题，对系统性能影响较大。不同于传统的三相永磁同步电机，双三相永磁同步电机的6k±1(k＝1,3,5,...)次谐波阻抗较小，很小的谐波电压就会引起很大相应的谐波电流，在低载波比的情况下，电流谐波对牵引系统的影响更为严重。目前对三相电机在低载波比的研究较多，但对双三相电机在低开关频率下抑制电流谐波的控制方法或调制策略较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统，本发明能够抑制低载波比工况下定子电流谐波，降低定子电流的总谐波失真率(Total Harmonic Distortion,THD)，提高系统性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法，包括：

1)根据给定的dq轴电流

2)根据指令电压

3)根据转子位置角θ

4)根据负载角δ

可选地，步骤1)中进行电压计算的计算函数表达式为：

上式中，

可选地，步骤2)中计算指令电压角

可选地，步骤2)中计算调制比m是指根据m＝U

可选地，步骤3)包括：判断双三相永磁同步电机的转动方向，若转动方向为正转，则根据δ＝θ

可选地，步骤2)之前还包括建立查找表的步骤：基于下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型，通过给定凸极比ρ

min:σ

上式中，σ

此外，本发明还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括：

参数计算程序单元，用于根据给定的dq轴电流

角度查表程序单元，用于根据负载角δ

脉冲生成程序单元，用于根据电压角

此外，本发明还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括双三相永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器和控制单元，所述双三相永磁同步电机的六相线路分为两组，其中一组三相线路通过第一逆变器与电网相连，另一组通过第二逆变器和与电网相连，所述第一逆变器、第二逆变器的控制端均与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。

此外，本发明还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明方法包括计算指令电压

附图说明

图1为现有双三相永磁同步电机的驱动系统结构示意图。

图2为现有双三相永磁同步电机的空间矢量图。

图3为本发明实施例中逆变器采用优化的同步调制时的相电压输出波形。

图4为本发明实施例中N＝2,ρ

图5为本发明实施例中最优开关角的优化指标值。

图6为本发明实施例方法的基本流程示意图。

具体实施方式

图1为现有双三相永磁同步电机的驱动系统结构示意图，假设双三相绕组在空间上对称分布，且气隙磁势在空间上正弦分布，忽略磁路饱和与铁芯损耗，涡电流和磁滞损耗可不计。则双三相永磁同步电机的电压方程可表示为：

上式中，

双三相永磁同步电机的空间矢量图如图2所示，根据图2的变换关系，从同步旋转dq坐标系到静止αβ坐标系的变换矩阵T

上式中，θ

结合这个变换矩阵，式(2)可以改写为：

上式中，i

其中A,B,C,D分别为中间变量，且有：

上式中，L

忽略电阻的影响，那么定子电流可以表示为：

当逆变器采用优化的同步调制时，相电压输出波形应保持半波对称和四分之一波对称，如图3所示。双三相永磁同步电机系统逆变器输出相电压的傅里叶级数可以表示为：

上式中，U

上式中，N是[0,π/2]范围内的开关角数量，α

根据图1，双三相永磁同步电机的相电压U

上式中，U

上式中，U

在式(13)中，输出电压与θ有关，而在式(5)中，L

上式中，θ

忽略定子电阻压降，则定子电压矢量

其中，δ为负载角，其中“+”对应着电机正转，“-”对应电机反转。

结合式(6)、(7)、(9)、(13)、(14)和(15)，则A

上式中，|I

其中L

在双三相永磁同步电机中，dq轴坐标系下的电感具有以下关系，表示为:

上式中，L

将式(20)代入(19)可以得到：

可以看出L

从式(22)可以看出，|I

根据式(16)、(17)和(18)，电流谐波的均方根(RMS)i

上式中，i

为了方便分析，定义凸极比ρ

ρ

ρ

那么，电流谐波均方根i

根据式(26)，提出一个考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比和负载角的优化指标σ

根据式(11)与式(27)，提出下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型：

其中，σ

如图6所示，本实施例双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法包括：

1)根据给定的dq轴电流

2)根据指令电压

3)根据转子位置角θ

4)根据负载角δ

本实施例中，步骤1)中进行电压计算的计算函数表达式为：

上式中，

本实施例中，步骤2)中计算指令电压角

本实施例中，步骤2)中计算调制比m是指根据m＝U

本实施例中，步骤3)包括：判断双三相永磁同步电机的转动方向，若转动方向为正转，则根据δ＝θ

本实施例中，步骤2)之前还包括建立查找表的步骤：基于下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型，通过给定凸极比ρ

上式中，σ

根据式(28)，最优开关角的求解其实是一个条件极值求解问题，当ρ

综上所述，本实施例中公开了一种在低载波比下考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小脉宽调制(Current Harmonic Minimum Pulse Width Modulation,CHMPWM)方法，本实施例通过分析在两相静止坐标系下的电感矩阵以及逆变器输出电压与双三相永磁同步电机定子电流之间的关系，可以得到负载电流表达式，该表达式可以证明双三相永磁同步电机定子电流的6k±1(k＝1,3,5,...)次谐波比较大；接着根据负载电流表达式，提出了一个考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比以及负载角的优化指标，该优化指标可用于构成电流谐波最小脉宽调制方法，在低开关频率工况下，抑制双三相永磁同步电机的电流谐波。

此外，本实施例还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括：

参数计算程序单元，用于根据给定的dq轴电流

角度查表程序单元，用于根据负载角δ

脉冲生成程序单元，用于根据电压角

此外，本实施例还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括双三相永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器和控制单元，所述双三相永磁同步电机的六相线路分为两组，其中一组三相线路通过第一逆变器与电网相连，另一组通过第二逆变器和与电网相连，所述第一逆变器、第二逆变器的控制端均与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行前述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行前述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的计算机程序.

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。