一种船用低噪音异步电机系统、控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交流传动技术领域，特别涉及一种船用低噪音异步电机系统，以及对 该异步电机系统进行控制的控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002] 由于发展国家海洋资源已经成为国家重要的基本国策之一，因此海洋的设备研发 是海洋资源开发的重要技术支撑。而海上资源的开发，船用装备的提供是一个重要的技术 支撑，因此有必要对船用电机系统的研发进行探讨。在海上船用设备系统由于具有独特的 工作环境，技术要求高，我国目前正处于起步阶段。海上的特殊环境使得船用设备的噪声对 工作环境产生影响，同时也会影响设备之间的电磁辐射。而海上的船用设备在海洋资源开 发上起到支撑的作用。
[0003] 海上船用设备系统具有可靠性要求高、系统效率高的特点，首先要求电机的转子 结构是无刷化，坚固耐用，维护简单等特点，而变换器能够可靠的工作也是一大需求以及海 上船用设备系统呈现出低噪声的发展趋势，使得系统的性能要求也越来越高。因此为了更 好地满足船用系统的要求，降低船用噪声是当前电机系统存在的一个重要问题。电机的电 磁噪声是噪声的重要组成部分，其电磁噪声产生的原因之一是受温度变化影响和工作环境 的影响产生的。由于电阻参数的变化，导致三相系统的气隙磁场不正弦，从而影响电机的转 矩特性，对转矩的脉动产生影响，导致电磁噪声干扰。
[0004] 传统的船用三相异步电机控制系统都是基于三相电机系统采用电机中点不与电 容电压的中点相连接的拓扑，从理论上并未充分利用逆变器的可控制自由度，因此系统的 控制效果也是不理想的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，在于提供一种船用低噪音异步电机系统、控制系统及控制方法，其 可解决定子电阻受温度变化影响产生的不对称电流及其产生的电机电磁噪声问题。
[0006] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0007] 一种船用低噪音异步电机系统，包括三相异步电机、滤波电路、三相逆变器和控制 器，其中，三相异步电机通过三条功率线与滤波电路连接，而滤波电路连接三相逆变器的输 出端;所述三相逆变器的母线上串接有两个电容，且电容的连接中点与三相异步电机的三 相绕组中点连接;控制器的输出端连接三相逆变器，向三相逆变器输出驱动信号。
[0008] 上述滤波电路由一个四阶低通滤波器和电机漏感共同构成。
[0009] 上述四阶低通滤波器包含第一、第二电感和第一、第二电容，第二电感的一端与第 一电感连接，第二电感的另一端连接电机漏感;第一电容的一端连接在第一、第二电感之 间，第二电容的一端连接在第二电感和电机漏感之间，第一、第二电容的另一端短接。
[0010] -种如前所述的船用低噪音异步电机系统的控制系统，包括控制器、交流电流传 感器和温度传感器，其中，交流电流传感器用于采样三相异步电机的相电流;温度传感器连 接三相异步电机的定子，用以采样定子温度;控制器根据前述采样的数据，计算输出的补偿 电压并最终向三相逆变器输出驱动信号。
[0011] -种如前所述的船用低噪音异步电机系统的控制方法，包括如下步骤：
[0012] (1)利用定子温度计算三个定子电阻的参数值；
[0013] ⑵以A相电阻值作为基准值，B相和C相计算出来的电阻参数分别和A相的电阻参 数作差，求得B相和C相的电阻参数差值；
[0014] (3)将前述电阻参数差值乘以B相和C相的相电流，得到B相和C相的电压补偿值，A 相电压补偿值为〇;
[0015] (4)将三相电压补偿值与三相给定电压值分别进行叠加，得到三相电压输出的给 定驱动信号。
[0016] 上述步骤（1)中，根据下式计算三个定子电阻的电阻参数:Ra=AR+R aq，Rb=AR+ Rbo，Re = Δ R+Rcq，其中，Ra、Rb、Rc分别为A相、B相、C相中定子电阻的电阻参数，Δ R表示温度补 偿值，Rao、Rbo、Rco分别为A相、B相、C相的定子初始温度。
[0017] 上述温度补偿值AR的计算公式是AR=lu*T，其中，Iu为电机电阻参数受温度影响 的变化系数，T为定子温度。
[0018] 采用上述方案后，本发明具有以下特点：
[0019] (1)通过采用五阶低通滤波器，能够有效地滤除定子上的高频谐波分量；
[0020] (2)通过采用电机绕组中点和逆变器电容电压的中点相连接的方式，以及采用定 子电阻的压降补偿的方法，有效地解决电机定子电阻因发热导致的不平衡问题进而产生电 机电磁噪声的问题。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明异步电机系统的整体架构图；
[0022] 图2是本发明异步电机系统的等效电路示意图；
[0023] 图3是本发明异步电机系统中滤波电路的构成示意图；
[0024]图4是本发明控制方法的原理示意图；
[0025] 图5是定子电阻值与温度的关系示意图；
[0026] 图6是滤波电路的幅值特性示意图。
【具体实施方式】
[0027] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0028]如图1所示，本发明提供一种船用低噪音异步电机系统，通过三相DC/AC变换器提 供，用以控制电机输出转矩，所述异步电机系统包括三相异步电机1、滤波电路2、三相逆变 器3和控制器5,其中，三相异步电机1通过三条功率线与滤波电路2连接，而滤波电路2连接 三相逆变器3的输出端;所述三相逆变器3的母线上串接有两个电容，且电容的连接中点与 三相异步电机1的三相绕组中点连接;控制器5的输出端连接三相逆变器3,向三相逆变器输 出驱动信号。
[0029]图2为异步电机系统的等效电路示意图，依据等效电路图和下式可知当定子电阻 不等时，要想有效地控制电机的气隙磁场，需要有效地控制三相定子电流的大小，进而有效 地控制电机的转矩脉动，保证电机低噪声的正常运行。
[0030]
[0031] 其中，ua、ub、uc为逆变器输出的电压，Ra、Rb、Rc为电机的三相电阻，i A、iB、ic为三相 定子电流，11\、1!、、1!\为三相逆变器的输出电压扣掉定子电阻压降的电压。
[0032] 在本实施例中，滤波电路2采用五阶低通滤波器，可利用一个四阶低通滤波器和电 机漏感共同构成，具体来说，配合图3所示，通过两个电感同时并接两个电容再结合三相异 步电机的漏感构成一个五阶低通滤波器，由左向右依次定义为第一、第二电感和第一、第二 电容，其中，第二电感的一端与第一电感连接，第二电感的另一端连接电机漏感;第一电容 的一端连接在第一、第二电感之间，第二电容的一端连接在第二电感和电机漏感之间，第 一、第二电容的另一端短接。图6所示是五阶低通滤波器的输出幅值特性图，可知其对高频 分量的滤波效果较好。
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