[發明專利]一種六相電機直接轉矩控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201810430573.6
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108574442B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 林海;景治鑫;司利云;周熙煒;陳金平;陳俊碩
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30;H02P27/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種六相電機直接轉矩控制系統的直接轉矩控制方法，其特征在于，六相電機直接轉矩控制系統包括六橋臂逆變器、六相雙Y繞組電機和直接轉矩控制系統，六橋臂逆變器包括第一逆變器橋臂L1、第二逆變器橋臂L2、第三逆變器橋臂L3、第四逆變器橋臂L4、第五逆變器橋臂L5及第六逆變器橋臂L6，第一逆變器橋臂L1由第一功率開關管T1和第二功率開關管T2組成；第二逆變器橋臂L2由第三功率開關管T3和第四功率開關管T4組成；第三逆變器橋臂L3由第五功率開關管T5和第六功率開關管T6組成；第四逆變器橋臂L4由第七功率開關管T7和第八功率開關管T8組成；第五逆變器橋臂L5由第九功率開關管T9和第十功率開關管T10組成，第六逆變器橋臂L6由第示意功率開關管T11和第十二功率開關管T12組成；第一功率開關管T1、第二功率開關管T2、第三功率開關管T3、第四功率開關管T4、第五功率開關管T5、第六功率開關管T6、第七功率開關管T7、第八功率開關管T8、第九功率開關管T9、第十功率開關管T10、第十一功率開關管T11和第十二功功率開關管T12均采用IGBT或MOSFET功率器件；

直接轉矩控制系統包括轉速調節器、轉矩和磁鏈計算單元、滯環調節器和開關矢量表，六相雙Y繞組電機的兩套三相繞組與六橋臂逆變器連接，將兩套三相繞組按照兩個獨立電機的形式進行同時直接轉矩控制，使用轉速調節器生成給定轉矩T^*，該信號同時提供給兩套直接轉矩控制方案中，采用滯環控制方式對給定轉矩T^*和計算轉矩T₁,T₂的偏差e_T1,e_T2、給定的常值磁鏈幅值φ^*和計算的定子磁鏈φ_α1,φ_β1，φ_α2,φ_β2的偏差進行調節控制；

滯環調節器的輸出值H₁,H₂、H₃,H₄和兩個轉矩和磁鏈計算單元計算的磁鏈矢量扇區號N₁,N₂分別輸入到兩個開關矢量表，通過查詢兩個開關矢量表的方式確定最終的逆變器開關控制信號V_k,V′_k，通過兩個開關矢量表獲取逆變器I和逆變器II的開關觸發信號實現六相雙Y繞組電機的直接轉矩控制；

直接轉矩控制系統分別與六橋臂逆變器和六相雙Y繞組電機連接，六相雙Y繞組電機包括A、B、C繞組和D、E、F繞組，每套三相繞組的三相互差120度電角度，兩套三相套組偏移30度電角度，A、B、C繞組和D、E、F繞組各有一個公共點o和o’，六橋臂逆變器的六個橋臂中點分別對應連接六相雙Y繞組電機的六相繞組終端，六橋臂逆變器中的每個逆變器橋臂均由兩個功率開關管串聯而成，每個逆變器橋臂上兩個功率開關管的連接點為對應橋臂的中點，串聯后的功率開關管兩端分別連接直流電源的正極和負極，六橋臂逆變器中的前三個逆變器橋臂組成逆變器I，后三個逆變器橋臂組成逆變器II，直接轉矩控制系統通過獲取逆變器I和逆變器II的開關觸發信號實現對六相雙Y繞組電機的直接轉矩控制；

六相雙Y繞組電機采用具有不對稱繞組結構的六相交流異步電機、六相永磁同步電機或六相永磁無刷直流電機，針對兩套繞組采用雙直接轉矩合成控制方式，將一臺六相雙Y型繞組電機按照兩臺Y型繞組電機分別進行直接轉矩控制，在系統中，給定轉矩磁鏈與實際轉矩磁鏈經過滯環調節器模塊后得到的滯環調節器輸出值，再利用開關狀態選擇表并從中獲取逆變器的功率開關觸發信號，生成統一的逆變器開關電壓矢量，實現六相雙Y繞組電機的整體和獨立控制，包括以下步驟：

S1、六相雙Y繞組電機的給定轉速ω*與實際轉速ω經過速度調節模塊后得到速度誤差e_ω，速度誤差e_ω經電流PI調節器后輸出給定電流I^*如下：

I^*＝K_pe_ω+K_i∫e_ωdt

其中，K_p為比例常值系數，K_i為積分常值系數；

S2、利于給定電流I^*計算得到給定轉矩T^*如下：

T^*＝K_eI^*

其中，K_e為常值系數；

S3、利用電流傳感器檢測六相雙Y繞組電機的六相定子繞組相電流I_abcdef和六相定子繞組相電壓V_abcdef計算兩相靜止坐標系下的電流I_α1,I_β1，I_α2,I_β2和電壓V_α1,V_β1，V_α2,V_β2，電流I_α1,I_β1，I_α2,I_β2和電壓V_α1,V_β1，V_α2,V_β2計算如下：

其中，X＝I或V；

S4、計算電機定子磁鏈φ_α1,φ_β1，φ_α2,φ_β2、磁鏈幅值φ₁,φ₂、磁鏈角θ₁,θ₂和電磁轉矩T₁,T₂，電機定子磁鏈φ_α1,φ_β1，φ_α2,φ_β2、磁鏈幅值φ₁,φ₂、磁鏈角θ₁,θ₂和電磁轉矩T₁,T₂計算如下：

T₁＝1.5p[φ_α1I_β1-φ_α1I_β1]

T₂＝1.5p[φ_α2I_β2-φ_α2I_β2]

其中，R_s為電機繞組等效電阻，p為電機極對數；

S5、根據給定的常值磁鏈幅值φ^*和磁鏈幅值φ₁,φ₂計算磁鏈偏差送入兩個磁鏈滯環調節器，得到滯環調節器輸出值H₁,H₂；

S6、由之前計算得到的給定轉矩T^*和計算得到的T₁,T₂計算轉矩偏差e_T1,e_T2，送入兩個轉矩滯環調節器，得到滯環調節器輸出值H₃,H₄；

步驟S5和S6中，滯環調節器輸出值H₁,H₂計算如下：

其中，δ₁,δ₂分別為兩個磁鏈滯環調節器的設定容差常數值；

滯環調節器輸出值H₃,H₄計算如下：

其中，δ₃,δ₄分別為兩個轉矩滯環調節器的設定容差常數值；

S7、根據計算的磁鏈角θ₁,θ₂查詢磁鏈扇區所在扇區查詢表得到定子磁鏈矢量所在的扇區號N₁,N₂；

1(N2)]]>	1	2	3	4	5	6
1]]>	[-π/6，π/6)	[π/6,π/2)	[π/2,5π/6)	[5π/6,-5π/6)	[-5π/6，-π/2)	[-π/2，-π/6)
2]]>	[0，π/3)	[π/3,2π/3)	[2π/3,π)	[π,-2π/3)	[-2π/3，-π/3)	[-π/3，0)

；

S8、根據步驟S7計算的定子磁鏈矢量所在的扇區號N₁,N₂和步驟S5、S6計算的滯環調節器輸出值H₁,H₂，H₃,H₄查詢開關選擇表I和開關選擇表II得到驅動逆變器I和II功率開關需要的電壓矢量V_k,V′_k，k＝1,2,3,4,5,6，利用開關選擇表I和開關選擇表II生成兩組電壓矢量對應的逆變器開關通斷狀態同時輸入至六橋臂逆變器實現對六相雙Y繞組電機的控制；

開關選擇表I

表3為開關選擇表II

通過計算的扇區號N₁,N₂和滯環調節器輸出值H₁,H₂，H₃,H₄，再利用兩個開關選擇表可以生成兩個電壓矢量V_k,V′_k；根據所得到的這兩個電壓矢量可以確定逆變器對應的十二個功率開關的通斷狀態，逆變器控制六相雙Y繞組電機正常工作。