[發明專利]一種直流偏置型電機的功率因數控制方法

有效

• 申請號: 201711346511.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107947670B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 曲榮海;于子翔;孔武斌;李大偉;蔣棟;賈少鋒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

1.一種直流偏置型電機的功率因數控制方法，其特征在于，包括：

(1)確定在滿足電機的功率因數為1的前提下，d軸電流、q軸電流以及0軸電流之間需要滿足的關系式；若電機的功率因數保持為1，此時電流矢量與電壓矢量重合，d軸電流、q軸電流以及0軸電流滿足如下關系式：

其中，u_d和u_q分別為d軸電壓和q軸電壓；i_d、i_q、i₀分別為d軸、q軸、0軸電流；L_s為電機的相電感，L₀為電機的零軸電感；

由上式得到：L_s(i_d²+i_q²)＝L₀i₀i_q；

(2)在d軸電流、q軸電流以及0軸電流滿足上述關系式的前提下，計算能夠使得輸出的電機轉矩最大時的d軸電流值、q軸電流值以及0軸電流值；

(3)將步驟(2)中計算得到的d軸電流值、q軸電流值以及0軸電流值分別作為d軸的電流給定值、q軸的電流給定值以及0軸的電流給定值，并輸入電機作為d軸電流值、q軸電流值以及0軸電流值的目標值，進行無差跟蹤。

2.根據權利要求1所述的直流偏置型電機的功率因數控制方法，其特征在于，所述步驟(2)包括：

電機相電流有效值i_s可以表示為：

電機的電磁轉矩T_e可以表示為：

其中，n_p為電機的極對數，為了在同樣d軸、q軸以及0軸電流有效值的情況下，保持功率因數為1，同時輸出最大的電機轉矩，可得到：

根據上式計算T_e最大時的d軸、q軸、0軸電流給定值i_d*、i_q*、i₀*分別為：

其中，i_s^*為電機相電流給定值，電機穩定運行時，電機相電流給定值i_s^*和電機相電流有效值i_s完全相等。

3.根據權利要求2所述的直流偏置型電機的功率因數控制方法，其特征在于，所述步驟(3)包括：

(3-1)將電機轉速給定值ω_e*與電機轉速反饋值ω_e的差值Δω_r送入速度調節器，速度調節器輸出i_s*，通過調節i_s*，使得ω_e*與ω_e的差值始終為零，即ω_e始終跟隨ω_e*的變化而變化；

(3-2)將電機轉子位置信號θ_e，以及A、B、C相電流信號i_a、i_b、i_c送入旋轉坐標變換模塊，經過旋轉坐標變換模塊得到d軸、q軸、0軸直流電流信號，并分別作為d軸電流反饋值i_d、q軸電流反饋值i_q、0軸電流反饋值i₀；

(3-3)將i_s*和電機轉速反饋值ω_e送入電流分配器，所述電流分配器根據步驟(2)確定d軸、q軸、0軸電流給定值i_d*、i_q*、i₀*；

(3-4)將d軸、q軸、0軸電流給定值分別與步驟(3-2)中的d軸、q軸、0軸電流的反饋值比較后，得到d軸電流偏差Δi_d、q軸電流偏差Δi_q、0軸電流偏差Δi₀，分別送入d軸、q軸、0軸電流調節器，得到d軸、q軸、0軸給定電壓u_d*、u_q*、u₀*，通過調節d軸、q軸、0軸給定電壓使得Δi_d、Δi_q、Δi₀始終為零，即對i_d*、i_q*、i₀*進行無差跟蹤；

(3-5)將u_d*、u_q*與θ_e送入第一給定電壓移相模塊，定義u_d*與u_q*合成的電壓矢量為u_s*，將u_s*分解為同步旋轉坐標系下相位滯后于u_s*30度，大小為倍的電壓矢量u_α1*、u_β1*；同時，u_d*、u_q*與θ_e也送入第二給定電壓移相模塊，將u_s*分解為同步旋轉坐標系下相位滯后于u_s*150度，大小為倍的電壓矢量u_α2*、u_β2*；

(3-6)將u_α1*、u_β1*、u₀*輸入第一脈寬調制器，進行空間矢量脈寬調制，分別產生第一變流器的A1、B1、C1相PWM信號PWM1-PWM6；同時u_α2*、u_β2*、u₀*輸入第二脈寬調制器，進行空間矢量脈寬調制，分別產生第二變流器的A2、B2、C2相PWM信號PWM7-PWM12；

(3-7)將PWM1-PWM6送入第一變流器，同時PWM7-PWM12送入第二變流器，脈沖寬度調制信號驅動變流器產生輸出電壓，作用在直流偏置正線電流電機相繞組上，產生對應于輸入PWM信號的帶直流偏置的正弦電流信號，最終實現d軸電流、q軸電流、0軸電流的無差跟蹤。