[發明專利]一種大功率異步電動機低開關頻率運行控制方法

有效

• 申請號: 201710317941.1
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107231109B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 盧子廣;葉偉清;洪鶴雋;林靖宇;朱沙;邵磊
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李彥孚;何承鑫

一種大功率異步電動機低開關頻率運行控制方法，包括：信號采集、磁鏈觀測、磁鏈外環控制和轉速外環控制、預測電流內環控制，通過利用采集信號得到逆變器直流側電壓、電機定子電流，計算得到轉子磁鏈，實現磁鏈閉環得到d軸電流參考值，利用采集信號得到異步電機轉速，實現轉速閉環得到q軸電流參考值，經過預測電流內環控制，直接產生開關信號，實現變流器對電機的控制，本發明通過指定邊界在dq同步坐標系中為d軸長q軸短的橢圓形，實現線性調制模式更低地開關頻率運行控制，通過對d軸釋放較大的誤差限來降低開關頻率，同時借助電機轉子時間常數較大的特點避免增加額外的諧波電流問題，提高了低開關頻率下電機系統運行的可靠性和高效性。

技術領域

本發明涉及一種電機技術領域，尤其是一種大功率異步電動機低開關頻率運行控制方法。

背景技術

電機系統中失效概率最高的部件為變流器，由變流器引發的電機系統故障率達到57％以上，而開關頻率過高，會產生較大的開關損耗，不僅會縮短開關器件的壽命而且會降低大功率異步電機系統的輸出功率。因此在擁有中高壓大功率電機系統領域如高鐵、航空、海上風電等，為提高系統運行的可靠性和高效性，一般要求開關頻率不高于1kHz。

通常，采用常規的PWM控制電機系統在降低開關頻率的情況下會帶來較大的電流諧波，造成較大的銅耗和轉矩脈動，嚴重影響機械設備的安全和效率，采用最優脈寬調制需要進行離線計算，動態性能差，而預測控制對此問題的解決思路獨特有效，一般情況下，常采用邊界圓作為指定的邊界，讓d軸和q軸電流分量具備同等的誤差，由指定邊界控制電流諧波大小，在控制電流諧波的同時，盡可能地降低開關頻率，但顯然，將電流d軸分量和q軸分量看作同等性質的變量去限定誤差并不精準，即邊界圓模式下的控制，并不能最大限度地降低開關頻率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種大功率異步電動機低開關頻率運行控制方法，在變流器運行于線性調制模式下，通過指定邊界在dq同步坐標系中為d軸長q軸短的橢圓形，實現線性調制模式更低的開關頻率運行控制，避免降低開關頻率帶來的諧波問題，提高低開關頻率下電機系統運行的可靠性和高效性。

本發明的技術方案為：一種大功率異步電動機低開關頻率運行控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1)、信號采集：實時采集t_k時刻變流器的直流側電壓u_dc(k)、異步電機定子電流異步電機轉速ω(k)；

S2)、轉子磁鏈觀測：在t_k時刻，利用開關信號S_a,b,c(k)和直流側電壓u_dc(k)合成電機定子電壓矢量其計算式為：

在靜止坐標系中，異步電機轉子磁鏈矢量為：

并根據得到的轉子磁鏈矢量求得轉子磁鏈矢量其幅值ψ_r(k)，具體計算表達式為：

并根據轉子磁鏈矢量幅值ψ_r(k)與其αβ坐標下的分量ψ_rα(k)、ψ_rβ(k)之間的關系，得到定向角度θ(k)，具體為：

其中，L_r為轉子電感，L_m為定轉子間互感，L_s為定子電感，R_s為定子電阻；

S3)、磁鏈外環控制和轉速外環控制：將轉速的參考量ω^*和采集到的轉速信號ω(k)作差值后進行PI控制得到內環q軸定子電流給定量