[發明專利]一種基于空間矢量調制的高速永磁電機諧波電流補償系統

有效

• 申請號: 201510066926.5
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104601077B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 劉剛;張強;鄭世強;韓邦成;毛琨;陳寶棟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明屬于永磁同步電機控制技術領域，更具體地，涉及一種用于控制高速永磁電機運行過程中電流諧波的系統。

背景技術

高速電機是指轉速超過10000r/min的電機。與傳統電機相比，高速永磁同步電機具有結構緊湊、體積小、效率高、功率密度大、響應速度快等特點，在微型燃氣輪機、高速機床、鼓風機、壓縮機、分子泵等領域具有廣闊的應用前景，正成為國際電工領域的一個研究熱點。在永磁同步電機運行中，由于PWM變頻器開關器件死區時間、管壓降等特性以及氣隙磁場畸變將造成電機定子相電流畸變，使定子相電流中不僅含有基波分量，同時含有5次、7次、11次、13次等高次諧波分量，尤其以5次和7次諧波分量幅值較大。對于高速電機，由于轉速高，一個周期內PWM調制次數少，諧波電流含量豐富，相電流畸變嚴重。高次諧波電流增加了高速電機的損耗，引起高速電機過熱，由諧波電流引起的不同方向、不同轉速旋轉磁場會引起高速電機轉矩和轉速脈動，降低了高速電機運行效率和運行可靠性。

對此，現有技術中提出了很多關于抑制永磁同步電機運行中的相電流諧波的方法。例如，優化電機本體設計，改善氣隙磁場分布正弦度，但此類方法只能抑制由于氣隙磁場畸變引起的電流諧波；針對PWM變頻器的非線性特性，采用電流反饋型電壓補償法進行電壓補償，但此類方法只能補償由于PWM變頻器非線性特性引起的5次、7次電流諧波；根據永磁電機的數學模型計算出電壓補償量進行電壓補償，此類方法可以抑制因逆變器非線性特性以及氣隙磁場畸變引起的5次、7次電流諧波，但建立數學模型時已經忽略了部分諧波分量，且沒有加入諧波電流反饋環，對于低速電機的電流諧波抑制取得了良好的效果，對于高速電機，則會引起較大的控制誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：針對現有高速永磁電機諧波電流抑制控制系統的不足，提供一種實時補償諧波電壓抑制高速永磁電機諧波電流的控制系統，該系統基于高速永磁電機數學模型，實時計算諧波電壓補償量，有效抑制高速永磁電機運行中的5次、7次諧波電流，降低高速永磁電機運行損耗以及轉矩、轉速脈動，提高高速永磁電機運行效率和運行可靠性。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種基于空間矢量調制的高速永磁電機諧波電流補償系統，包括：

轉子位置速度觀測模塊(1)，與電機本體連接，用于觀測永磁同步電機的轉子角位置θ_r和角速度ω_r，根據θ_r和ω_r以及極對數p計算永磁同步電機的轉子電角度θ＝pθ_r以及轉子電角速度ω＝pω_r；

定子相電流諧波補償模塊(2)，與電機本體連接，用于獲取電機三相相電流諧波信號，通過諧波電流提取模塊(8)中自適應帶通濾波器分別提取5次電流諧波d軸分量i_{d_5h}、q軸分量i_{q_5h}和7次電流諧波d軸分量i_{d_7h}、q軸分量i_{q_7h}。將提取出的5次電流諧波i_{d_5h}、i_{q_5h}和7次電流諧波i_{d_7h}、i_{q_7h}分別變換到dq坐標系下，通過比例調節器(9)得到電流諧波反饋量i_{d_hc}、i_{q_hc}，反饋回永磁同步電機電流環的d軸和q軸，將其作為諧波作用的反饋信息。將提取出的5次電流諧波i_{d_5h}、i_{q_5h}和7次電流諧波i_{d_7h}、i_{q_7h}帶入諧波電壓補償量計算模塊(10)，計算出電壓補償量，經過諧波電壓調節器，并變換到dq坐標系下，得到實際電壓補償量u_{d_fc}與u_{q_fc}，分別與參考電壓u_dref、u_qref做加法運算，得到實際控制電壓u_d、u_q；

相電流反饋模塊(3)，與電機本體連接，用于對永磁同步電機的靜止ABC坐標系下相電流i_a，i_b，i_c做Clarke變換和Park變換，得到dq坐標系下電流i_{d_f}、i_{q_f}；