专利名称：一种永磁同步电机的电流谐波补偿系统及方法
技术领域：
本发明涉及永磁同步电机技术领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机的电流谐波补偿系统、方法及永磁同步电机。
背景技术：
请参阅
图1，为现有永磁同步电机的控制电路的原理图。如图I所示，该永磁同步电机的控制电路包括转速位置检测模块100、电流反馈模块200、速度控制模块300、电流环PI调节模块400和变换输出模块500。其中，转速位置检测模块100与永磁同步电机(PMSM) 700连接，通过位置传感器检测电机转子空间位置，计算获得电气角度Θ和转子反馈速度nfdb。电流反馈模块200，与三相逆变器600产生的三相输出电流中的A相和B相连接， 通过电流传感器检测永磁同步电机的A相反馈电流iAfdb和B相反馈电流iBfdb,电流反馈模块200再对永磁同步电机的A相反馈电流lAfdb和B相反馈电流iBfdb进行克拉克(Clarke) 变换和派克(Park)变换后，获得q轴反馈电流分量iqfdl^Pd轴反馈电流分量idfdb。例如电流反馈模块200可以包括克拉克变换单元210和派克变换单元220，其中，克拉克变换单元 210将对永磁同步电机的A相反馈电流iAfdb和B相反馈电流iBfdb进行克拉克变换得到α 相反馈电流ia-和β相反馈电流iefdb，派克变换单元220再根据转速位置检测模块100 计算获得的电气角度Θ对α相反馈电流1_和β相反馈电流iefdb进行派克变换得到q 轴反馈电流分量1(1_和(1轴反馈电流分量idfdb。本发明中描述的α相和β相是指永磁同步电机的二相静止坐标系(a，i3)，d轴和q轴是指永磁同步电机的二相旋转坐标系(d_q)。速度控制器300用于对速度参考值nMf和转子反馈速度nfdb求差后的信号进行速度控制分析，输出q轴电流参考值iqMf。电流环PI调节模块400用于对接收的q轴参考电流[_和q轴反馈电流分量iqfdb 求差后的信号进行电流环PI调节后生成q轴参考电压VqMf，即定子交轴转矩分量。同时电流环PI调节模块400对接收的d轴参考电流idMf和d轴反馈电流分量iffdb求差后的信号进行电流环PI调节后生成d轴参考电压VdMf。其中，d轴参考电流idMf即定子直轴励磁电流分量被设置为0，也就是永磁同步电机采用Id = O的电流控制方法。变换输出模块500用于根据电流环PI调节模块400产生的q轴参考电压VqMf和 d轴参考电压Vtof生成PWM信号控制三相逆变器600驱动永磁同步电机700。在现有技术中，变换输出模块500进一步包括派克逆变换(Park—1)单元510和空间矢量脉宽调制(SVPWM)单元520。其中，派克逆变换单元510用于对q轴参考电压Vqref 和d轴参考电压Vtof进行派克逆变换，生成α相参考电压uaMf和β相参考电压u0Mf。空间矢量脉宽调制单元520,用于根据α相参考电压β相参考电压U*eref生成PWM 信号控制三相逆变器600驱动永磁同步电机700。如上所述，永磁同步电机的电流控制方法中，一般采用Id = O的电流控制方法，该方法控制时电机没有直轴电流，不会产生直轴电枢反应，电机所有电流均用来产生电磁力矩，电流控制效率高。但有些永磁同步电机由于设计的原因，随着定子电流的增加，电枢反应会使主磁场畸变严重，此时若采用传统的Id = O控制，定子电流正弦度会明显变差，并伴随有一定规律的谐波。因此针对此类电流控制时存在谐波的电机，需要采取特殊的处理，否则电机输出功率谐波损耗较大，且高速时容易失控导致过流。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有永磁同步电机的电流控制方法不具有谐波补偿功能导致电机输出功率谐波损耗较大的缺陷，提供一种永磁同步电机的电流谐波补偿系统、方法及永磁同步电机。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种永磁同步电机的电流谐波补偿系统，包括转速位置检测模块、电流反馈模块、速度控制模块、电流环PI调节模块和变换输出模块；其中，所述变换输出模块用于根据电流环PI调节模块产生的q轴参考电压 Vqref和d轴参考电压Vdref生成PWM信号控制三相逆变器驱动永磁同步电机；所述变换输出模块进一步包括派克逆变换单元，用于对q轴参考电压Vqref和d轴参考电压Vdref进行派克逆变换，生成α相参考电压uaMf和β相参考电压ueMf ;谐波补偿单元，用于对α相参考电压Uaref和β相参考电压U0ref进行克拉克逆变换后生成三相参考电压分量，并进行三相电压谐波补偿后通过克拉克变换得到谐波补偿后α相参考电压
β相参考电压u*0ref;以及空间矢量脉宽调制单元，用于根据所述谐波补偿后a 相参考电压11*_和β相参考电压u*0ref生成PWM信号控制三相逆变器驱动永磁同步电机。在根据本发明所述的永磁同步电机的电流谐波补偿系统中，所述谐波补偿单元进一步包括克拉克逆变换单元，用于对α相参考电压uaMf和β相参考电压U0ref进行克拉克逆变换，生成三相参考电压分量Utoef、UBref和Utof ;三相谐波补偿单元，用于根据α相参考电压11 #和β相参考电压U0ief和转速位置检测模块得到的电气角度Θ，以及谐波补偿参数计算三相谐波补偿电压分量UAh、UBh和 Uch,并与三相参考电压分量
UAref、^Bref 矛口 ^Cref 叠加得到 U*Aref、U*Bref 和 U*Cref ;克拉克变换单元，对叠加得到的三相参考电压分量u*toef、u*Bref和u*&ef进行克拉克变换得到谐波补偿后α相参考电压研”^和β相参考电压u*e,ef。在根据本发明所述的永磁同步电机的电流谐波补偿系统中，所述谐波补偿参数包括根据谐波频率和幅值设置的需要补偿的谐波次数η、谐波初始角Θ ^和谐波补偿百分比 Kamp ;所述三相谐波补偿单元通过以下公式计算
权利要求
1.一种永磁同步电机的电流谐波补偿系统，包括转速位置检测模块、电流反馈模块、 速度控制模块、电流环PI调节模块和变换输出模块；其中，所述变换输出模块用于根据电流环PI调节模块产生的q轴参考电压Vtffef和d轴参考电压Vtof生成PWM信号控制三相逆变器驱动永磁同步电机；其特征在于，所述变换输出模块进一步包括派克逆变换单元，用于对q轴参考电压VqMf和d轴参考电压Vtof进行派克逆变换，生成α相参考电压Uaraf和β相参考电压Ueraf;谐波补偿单元，用于对a相参考电压uaMf和β相参考电压ueMf进行克拉克逆变换后生成三相参考电压分量，并进行三相电压谐波补偿后通过克拉克变换得到谐波补偿后a 相参考电压11* #和β相参考电压U*eref;空间矢量脉宽调制单元，用于根据所述谐波补偿后a相参考电压U*aref和β相参考电压u*e,ef生成PWM信号控制三相逆变器驱动永磁同步电机。
2.根据权利要求I所述的永磁同步电机的电流谐波补偿系统，其特征在于，所述谐波补偿单元进一步包括克拉克逆变换单元，用于对a相参考电压和β相参考电压U0ref进行克拉克逆变换，生成三相参考电压分量Utoef、uBref和u&ef ;三相谐波补偿单元，用于根据a相参考电压uaMf和β相参考电压ueMf和转速位置检测模块得到的电气角度Θ，以及谐波补偿参数计算三相谐波补偿电压分量uAh、uBh和uCh， 并与三相参考电压分量 UAref、Ugref 矛口 ^Cref 叠加得到 u*Aref、U*Bref 和 U*Cre;f ;克拉克变换单元，对叠加得到的三相参考电压分量u*Aref、u*Bref和u*&ef进行克拉克变换得到谐波补偿后a相参考电压研”^和β相参考电压u*e,ef。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的电流谐波补偿系统，其特征在于，所述谐波补偿参数包括根据谐波频率和幅值设置的需要补偿的谐波次数η、谐波初始角Qtl和谐波补偿百分比Kamp ;所述三相谐波补偿单元通过以下公式计算
4.一种永磁同步电机的电流谐波补偿方法，包括转速位置检测步骤、电流反馈步骤、 速度控制步骤、电流环PI调节步骤和变换输出步骤；其中，所述变换输出步骤用于根据电流环PI调节步骤产生的q轴参考电压Vtffef和d轴参考电压Vtof生成PWM信号控制三相逆变器驱动永磁同步电机；其特征在于，所述变换输出步骤进一步包括派克逆变换步骤，对q轴参考电压VqMf和d轴参考电压Vdref进行派克逆变换，生成α 相参考电压UaMf和β相参考电压UfJrrf;谐波补偿步骤，对α相参考电压Uaref和β相参考电压ueMf进行克拉克逆变换后生成三相参考电压分量，并进行三相电压谐波补偿后通过克拉克变换得到谐波补偿后a相参考电压11* #和β相参考电压U*eref;空间矢量脉宽调制步骤，根据所述谐波补偿后a相参考电压U*aref和β相参考电压 u*0ref生成PWM信号控制三相逆变器驱动永磁同步电机。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机的电流谐波补偿方法，其特征在于，所述谐波补偿步骤进一步包括克拉克逆变换步骤，对a相参考电压Uaref和β相参考电压u0Mf进行克拉克逆变换， 生成三相参考电压分量 UAref、Ugref 矛口 ^Cref ;三相谐波补偿步骤，根据a相参考电压Uaref和β相参考电压ueMf和转速位置检测步骤得到的电气角度Θ，以及谐波补偿参数计算三相谐波补偿电压分量!^、!^和Ua，并与三相参考电压分量 UAref、Ugref 矛口 ^Cref 叠加得到 u*Aref、U*Bref 和 U*Cre;f ;克拉克变换步骤，对叠加得到的三相参考电压分量u*Aref、u*Bref和u*&ef进行克拉克变换得到谐波补偿后a相参考电压研”^和β相参考电压u*e,ef。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机的电流谐波补偿方法，其特征在于，所述谐波补偿参数包括根据谐波频率和幅值设置的需要补偿的谐波次数η、谐波初始角Qtl和谐波补偿百分比Kamp ;所述三相谐波补偿步骤通过以下公式计算
7.一种永磁同步电机，其特征在于，包括权利要求1-3中任意一项所述的永磁同步电机的电流谐波补偿系统。
全文摘要
本发明涉及一种永磁同步电机的电流谐波补偿系统和方法，其中系统包括转速位置检测模块、电流反馈模块、速度控制模块、电流环PI调节模块和变换输出模块；其中，变换输出模块进一步包括派克逆变换单元，用于对q轴参考电压和d轴参考电压进行派克逆变换；谐波补偿单元，用于对派克逆变换生成的α相参考电压和β相参考电压进行克拉克逆变换后获得三相参考电压分量，并进行三相电压谐波补偿后通过克拉克变换得到谐波补偿后α相参考电压和β相参考电压；空间矢量脉宽调制单元，用于生成PWM信号控制三相逆变器驱动永磁同步电机。本发明通过对永磁同步电机的电流进行谐波的补偿，有效地消除了电流谐波，矫正了定子电流正弦度。
文档编号H02J3/01GK102611378SQ20121006109
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者周兆勇, 徐飞鹏, 朱祥华, 李 浩, 熊礼文, 王治国 申请人:深圳市汇川技术股份有限公司, 苏州汇川技术有限公司