[發明專利]一種基于占空比技術降低電機轉矩脈動的系統及方法

在審

• 申請號: 201710660816.0
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107453661A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 胡文斌;張玄池;胡文植;謝文博;周琴
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/30;H02P21/28
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于占空比技術降低電機轉矩脈動的系統，其特征在于，包括：

電機狀態監測模塊，用于對異步電機運行過程中電機轉速ω、定子繞組瞬時相電壓和相電流進行采集，從而計算出電磁轉矩T_e、定子磁鏈幅值的信息；

電壓矢量生成模塊，用于判斷定子磁鏈所在扇區，根據電機狀態監測模塊得到的信息，計算定子磁鏈幅值的偏移與電磁轉矩的偏移，并生成電機控制信號，選擇當前所需輸出的基本電壓矢量；

占空比計算模塊，根據電機狀態監測模塊得到的信息，結合定子磁鏈在對應扇區中所處的位置，生成占空比值，即當前所需輸出的基本電壓矢量作用時間；

電機運行控制模塊，根據電壓矢量生成模塊確定的當前需要輸出的基本電壓矢量，結合占空比計算模塊計算得到的基本電壓矢量作用時間，來進行電機運行的控制。

2.如權利要求1所述的基于占空比技術降低電機轉矩脈動的系統，其特征在于，所述電機狀態監測模塊包括轉速監測模塊、磁鏈計算模塊、轉矩計算模塊，其中：

所述轉速監測模塊，通過傳感器直接監測異步電機實時轉速；

所述磁鏈計算模塊，在定子繞組瞬時相電壓和相電流數據采集的基礎上，根據異步電機的轉速信息，選取磁鏈計算模型：選擇電機額定轉速的30％±5％的區域作為切換區，額定轉速的30％作為切換區的中點；當電機轉速低于額定轉速的25％時，選用u-i模型；當電機轉動角速度高于額定轉速的35％時，選用i-ω模型；當電機轉動角速度處于額定轉速的25％到35％時，在區間內進行兩種模型磁鏈估計結果的加權運算；

所述轉矩計算模塊，在定子繞組瞬時相電壓和相電流數據采集的基礎上，根據公式結合磁鏈計算模塊所得的特征參數，計算得到電磁轉矩T_e；其中，n_p為電機極對數，σ為漏感系數，L_m為定轉子互感，L_s為定子自感，L_r為轉子自感，為轉子磁鏈，為定子磁鏈。

3.如權利要求1所述的基于占空比技術降低電機轉矩脈動的系統，其特征在于，所述電壓矢量生成模塊包括轉速調節模塊、轉矩調節模塊、磁鏈調節模塊、扇區判斷模塊、電壓矢量選擇模塊，其中：

所述轉速調節模塊，將異步電機轉動角速度與預設的轉速值進行比例積分調節，得出給定轉矩值T_e^*；

所述轉矩調節模塊，將轉速調節模塊所述轉矩給定值T_e^*與轉矩計算模塊所述電磁轉矩T_e相減，獲得轉矩誤差為將轉矩誤差送至滯環比較器中；同時當電機轉速低于額定轉速的30％時，選取系統參考轉矩值的0.01％作為滯環容差；當電機轉速高于額定轉速的60％時，選取系統參考轉矩值的0.1％作為滯環容差；當電機轉速位于額定轉速的30％到60％范圍內，選取系統參考轉矩值的0.05％作為滯環容差；當轉矩誤差值ΔT_e超過容差上限ε_T時，滯環比較器輸出值HT＝0，轉矩增加，此時ΔT_e不斷減小，當減小到0以下時，HT＝0；當轉矩誤差值ΔT_e超過容差下限-ε_T時，HT＝-1，轉矩減小，此時ΔT_e不斷增大，當增加到0以上時，HT＝0；

所述磁鏈調節模塊，將系統預設的定子磁鏈幅值與磁鏈計算模塊所述磁鏈值ψ_s相減，獲得磁鏈誤差為將磁鏈誤差送至滯環比較器中；同時當電機轉速低于額定轉速的30％時，選取系統給定磁鏈幅值的0.1％作為滯環容差；當電機轉速高于額定轉速的60％時，選取系統給定磁鏈幅值的1％作為滯環容差；當電機轉速位于額定轉速的30％到60％范圍內，選取系統給定磁鏈幅值的0.5％作為滯環容差；當磁鏈誤差值Δψ_s超過容差上限ε_ψ或者在正負容差范圍內且處于下降趨勢時，滯環比較器輸出值Hψ＝1；當磁鏈誤差值Δψ_s超過容差下限-ε_ψ或者在正負容差范圍內且處于上升趨勢時，滯環比較器輸出值Hψ＝0；

所述扇區判斷模塊，以六個基本電壓矢量為中心，將定子磁鏈的空間分為六個扇區，每個扇區區間都是60度；根據定子磁鏈信息在α-β坐標軸上的分量，計算出定子磁鏈當前所在位置與α軸正方向的夾角，從而確定定子磁鏈所在扇區；

所述電壓矢量選擇模塊，根據轉矩調節模塊所述轉矩滯環比較器輸出值與磁鏈調節模塊所述磁鏈滯環比較器輸出值，并結合定子磁鏈所在扇區，確定此時所要選擇的基本電壓矢量。