专利名称：一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法
技术领域：
本发明属于永磁同步电机谐波电流控制领域，特别是涉及一种采用注入谐波电压方式来抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法。
背景技术：
在永磁同步电机(PMSM)稳态运行中，逆变器开关器件的死区时间、管压降等非线性特性，或齿槽效应、绕组分布形式、磁路磁饱和效应、转子磁极结构等引起的气隙磁场畸变均将造成电机电流波形畸变，使电机电流中含有5、7、11、13次等一系列谐波分量。这些谐波电流分量，尤其是所占比重较大的5、7次谐波电流分量，除了会在永磁同步电机的定子绕组以及铁芯中产生附加损耗，降低电机的运行效率外，还将造成电机电磁转矩和转速的脉动，增加电机运行时的噪声和降低电机运行的可靠性。目前，国内外学者对如何抑制谐波电流，特别是5、7次谐波电流，已开展了相关研究工作。如已公开的下列文献(1)基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究.中国电机工程学报，2005，25 (15) 146-149.(2) 一种低谐波永磁同步电机的转子.中国发明专利申请号=200410053929. 7.(3)Dead-time elimination of PWM-controlled inverter converter without separate power sources for current polarity detection circuit. IEEE Transactions on Industrial Electronics,2009,56 (6) :2121_2127.(4)基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法.中国发明专利申请号 201010268341. 9.文献(1)、文献(2)主要以优化电机本体设计，改善气隙磁场分布的正弦度来抑制由于电机气隙磁场畸变引起的谐波电流分量，尤其是较大的5、7次谐波电流分量，但无法抑制由于逆变器开关器件的死区时间，管压降等非线性特性引起的谐波电流。文献(3)、文献(4)主要采用电流反馈型电压补偿的方法来抑制逆变器开关器件的固有特性和死区时间引起的谐波电流分量，尤其是较大的5、7次谐波电流分量，但无法抑制由于电机气隙磁场畸变引起的谐波电流，且该类方法的有效性较大程度上依赖于电流过零点的检测，电流过零点检测的不准确，将导致误补偿。因此，该方法存在需要增加新的硬件，算法过于复杂，适用性差等局限问题。在工程实际运用中，考虑到谐波电流产生的因素较多，并且谐波电流含量随电机工作点不同而变化，传统的依据谐波电流产生因素单个补偿方式比较复杂，对谐波电流抑制效果不够理想。因而迫切需要一种新的、简单实用的抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法来有效抑制电机电流中的谐波分量，尤其是抑制所占比重较大的5、7次谐波电流分量，降低永磁同步电机电磁转矩和转速脉动，提高电机的运行效率和运行可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对现有永磁同步电机谐波电流抑制方法的不足，提供一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法，该方法不仅避免了传统的抑制谐波电流方式中需准确检测电流过零点的技术难点，而且还能有效抑制因逆变器非线性特性及电机气隙磁场畸变造成的电机5、7次谐波电流，降低永磁同步电机电磁转矩和转速脉动，提高电机的运行效率和运行可靠性。该方法可以通过以下技术方案来加以实现，它包括以下步骤a)首先采集电机的定子电流信号利用电流霍尔传感器采集永磁同步电机的三相定子电流信号ia，ib，i。；b)检测电机的转子位置信号，计算电机的电角速度和电角度利用转子位置传感器检测得到永磁同步电机的转子位置θ ^及转速ω”并根据QrR 计算得到永磁同步电机转子电角速度ω =PG^及永磁同步电机转子电角度θ = ρ θ^其中ρ为电机的极对数；c)将采集得到的电机定子电流信号ia，ib，i。经5、7次谐波电流提取模块，分别得到在5次谐波dq同步旋转坐标轴系下的5次谐波d轴分量id5th和5次谐波q轴分量iq5th 及在7次谐波dq同步旋转坐标轴系下的7次谐波d轴分量id7th和7次谐波q轴分量iq7th ；d)将id5th、iq5th, id7th、iq7th带入5、7次谐波电流抑制算法模块，计算并得到为抑制永磁同步电机5次谐波电流所需注入的d轴谐波电压分量ud5th—。ut和q轴谐波电压分量U(l5th— 。ut及为抑制永磁同步电机7次谐波电流所需注入的d轴谐波电压分量ud7th—。ut和q轴谐波
电压分量 uq7th_out，e)将计算得到的抑制永磁同步电机5、7次谐波电流所需注入的d、q轴谐波电压分量ud5th—。ut、Uq5th out及ud7th—。ut、Uq7th out带入谐波电压dq/abc变换模块计算并得到在静止三相abc坐标轴系下为抑制永磁同步电机5、7次谐波电流所需注入的谐波电压分量
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Uq 、ti\) 、 MQ 9f)将传统永磁同步电机调速系统输出控制电压计算模块计算后得到的控制电压 U' a、u' b、u'。分别与wae°m、wbcom> Mewm做减法运算后，即可得到含有抑制5、7次谐波电流分量的调速系统的最终控制电压ua、ub, u。。h)将最终控制电压ua、ub, Uc经空间矢量脉宽调制模块调制后获得控制永磁同步电机运行的两电平电压型PWM逆变器的开关信号Sa、Sb、S。。所述的5、7次谐波电流提取模块包括一个由静止三相abc坐标系到5次谐波dq 同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块、一个由静止三相abc坐标系到7次谐波dq同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块及两个低通滤波器。将步骤a)中得到的定子三相电流信号ia，ib，i。分别经由静止三相abc坐标系到5次谐波dq同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块及由静止三相abc坐标系到7次谐波dq同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块后，再分别经低通滤波器后，得到在5次谐波dq同步旋转坐标轴系下的5次谐波d、 q轴分量id5th和iq5th及在7次谐波dq同步旋转坐标轴系下的7次谐波d、q轴分量id7th和
^qYth0所述的5、7次谐波电流抑制算法模块的计算步骤为A)分别建立在5次谐波dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压方程(I)及在 7次谐波dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压方程(II)所述的在5次谐波dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压方程(I)为
权利要求
1.一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法，其特征在于，该方法由以下步骤构成a)首先采集电机的定子电流信号利用电流霍尔传感器采集永磁同步电机的三相定子电流信号ia，ib，ic;b)检测电机的转子位置信号，计算电机的电角速度和电角度利用转子位置传感器检测得到永磁同步电机的转子位置θ ^及转速ω”并根据QrR 计算得到永磁同步电机转子电角速度ω =p 及永磁同步电机转子电角度θ = ρ θ^其中ρ为电机的极对数；c)将采集得到的电机定子电流信号ia，ib，i。经5、7次谐波电流提取模块，分别得到在 5次谐波dq同步旋转坐标轴系下的5次谐波d轴分量id5th和5次谐波q轴分量iq5th及在 7次谐波dq同步旋转坐标轴系下的7次谐波d轴分量id7th和7次谐波q轴分量iq7th ；d)将id5th、iq5th>id7th、iq7th带入5、7次谐波电流抑制算法模块，计算并得到为抑制永磁同步电机5次谐波电流所需注入的d轴谐波电压分量ud5th—。ut和q轴谐波电压分量U(l5th—。ut 及为抑制永磁同步电机7次谐波电流所需注入的d轴谐波电压分量ud7th—。ut和q轴谐波电压分量Uq7th out ；e)将计算得到的抑制永磁同步电机5、7次谐波电流所需注入的d、q轴谐波电压分量ud5th—。ut、Uq5th out及ud7th—。ut、Uq7th out带入谐波电压dq/abc变换模块计算并得到在静止三相abc坐标轴系下为抑制永磁同步电机5、7次谐波电流所需注入的谐波电压分量com com comHq、ll\y、HQ9f)将传统永磁同步电机调速系统输出控制电压计算模块计算后得到的控制电压U'a、 U' b、u'。分别与Mae°m、Mbe°m、Mee°m做减法运算后，即可得到含有抑制5、7次谐波电流分量的调速系统的最终控制电压Ua、ub, u。。h)将最终控制电压ua、ub, uc经空间矢量脉宽调制模块调制后获得控制永磁同步电机运行的两电平电压型PWM逆变器的开关信号Sa、Sb、S。。
2.根据权利要求1所述的一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法， 其特征在于，所述的5、7次谐波电流提取模块还包括一个由静止三相abc坐标系到5次谐波dq同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块、一个由静止三相abc坐标系到7次谐波 dq同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块及两个低通滤波器。将步骤a)中得到的定子三相电流信号ia，ib，i。分别经由静止三相abc坐标系到5次谐波dq同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块及由静止三相abc坐标系到7次谐波dq同步旋转坐标轴系的恒功率变换矩阵模块后，再分别经低通滤波器后，得到在5次谐波dq同步旋转坐标轴系下的5次谐波d、q轴分量id5th和iq5th及在7次谐波dq同步旋转坐标轴系下的7次谐波d、q轴分量 ld7th 禾口 iq7th。
3.根据权利要求1、2所述的一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法，其特征在于，所述的5、7次谐波电流抑制算法模块还包括以下计算步骤A)分别建立在5次谐波dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压方程(I)及在7次谐波dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压方程(II)所述的在5次谐波dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压方程(I)为
4.根据权利要求1、2、3所述的一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法，其特征在于，所述的谐波电压dq/abc变换模块还包括一个由5次谐波dq同步旋转坐标轴系到静止三相abc坐标系的恒功率变换矩阵模块及一个由7次谐波dq同步旋转坐标轴系到静止三相abc坐标系的恒功率变换矩阵模块。将5、7次谐波电流抑制算法模块计算后得到的抑制永磁同步电机5、7次谐波电流所需注入的d、q轴谐波电压分量ud5th—。ut、U(l5th— out及ud7th—。ut、Uq7th out分别经由5次谐波dq同步旋转坐标轴系到静止三相abc坐标系的恒功率变换矩阵模块及由7次谐波dq同步旋转坐标轴系到静止三相abc坐标系的恒功率变换矩阵模块后，得到静止坐标轴系下的5、7次谐波电压ua5th、ub5th、u。5th及Ua7th、Ub7th、Uc7th ；Ua5th、Ub5th、Uc5th Ua7th、Ub7th、Uc7th 对应依次相加，得到在静止三相abc坐标轴系下为抑制永磁同步电机5、7次谐波电流所需注入的谐波电压分量Wae°m、Mbcom. Utom-,0
全文摘要
一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法，其特征在于该方法在实时提取永磁同步电机中的谐波电流分量的基础上，通过加入谐波电流抑制环的方式，实现对谐波电流的闭环控制，进而计算得到为抑制永磁同步电机5、7次谐波电流所需注入的谐波电压分量，并将得到的谐波电压分量注入到永磁同步电机调速系统中的三相控制电压中，抵消永磁同步电机运行时电机电流中的5、7次谐波分量，达到了抑制5、7次谐波电流的目的。该方法不仅可以避免传统的抑制谐波电流方式中需准确检测电流过零点的技术难点，而且能够明显地改善电机电流波形，同时有效抑制因逆变器非线性特性及电机气隙磁场畸变造成的电机5、7次谐波电流，有效减少由5、7次谐波电流分量引起的附加损耗，降低永磁同步电机电磁转矩和转速脉动，提高永磁同步电机的运行效率及运行可靠性。
文档编号H02J3/01GK102201770SQ201110145038
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者刘刃, 姚骏, 廖勇, 黄嵩 申请人:重庆大学