[發(fā)明專利]一種六相電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810430573.6
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN108574442B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林海;景治鑫;司利云;周熙煒;陳金平;陳俊碩
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/30
• 分類號(hào): H02P21/30;H02P27/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

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

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩和磁鏈計(jì)算單元、滯環(huán)調(diào)節(jié)器和開關(guān)矢量表，六相雙Y繞組電機(jī)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(gè)獨(dú)立電機(jī)的形式進(jìn)行同時(shí)直接轉(zhuǎn)矩控制，使用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器生成給定轉(zhuǎn)矩T^*，該信號(hào)同時(shí)提供給兩套直接轉(zhuǎn)矩控制方案中，采用滯環(huán)控制方式對給定轉(zhuǎn)矩T^*和計(jì)算轉(zhuǎn)矩T₁,T₂的偏差e_T1,e_T2、給定的常值磁鏈幅值φ^*和計(jì)算的定子磁鏈φ_α1,φ_β1，φ_α2,φ_β2的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；

滯環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出值H₁,H₂、H₃,H₄和兩個(gè)轉(zhuǎn)矩和磁鏈計(jì)算單元計(jì)算的磁鏈?zhǔn)噶可葏^(qū)號(hào)N₁,N₂分別輸入到兩個(gè)開關(guān)矢量表，通過查詢兩個(gè)開關(guān)矢量表的方式確定最終的逆變器開關(guān)控制信號(hào)V_k,V′_k，通過兩個(gè)開關(guān)矢量表獲取逆變器I和逆變器II的開關(guān)觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)六相雙Y繞組電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制；

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)分別與六橋臂逆變器和六相雙Y繞組電機(jī)連接，六相雙Y繞組電機(jī)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(gè)公共點(diǎn)o和o’，六橋臂逆變器的六個(gè)橋臂中點(diǎn)分別對應(yīng)連接六相雙Y繞組電機(jī)的六相繞組終端，六橋臂逆變器中的每個(gè)逆變器橋臂均由兩個(gè)功率開關(guān)管串聯(lián)而成，每個(gè)逆變器橋臂上兩個(gè)功率開關(guān)管的連接點(diǎn)為對應(yīng)橋臂的中點(diǎn)，串聯(lián)后的功率開關(guān)管兩端分別連接直流電源的正極和負(fù)極，六橋臂逆變器中的前三個(gè)逆變器橋臂組成逆變器I，后三個(gè)逆變器橋臂組成逆變器II，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)通過獲取逆變器I和逆變器II的開關(guān)觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對六相雙Y繞組電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制；

六相雙Y繞組電機(jī)采用具有不對稱繞組結(jié)構(gòu)的六相交流異步電機(jī)、六相永磁同步電機(jī)或六相永磁無刷直流電機(jī)，針對兩套繞組采用雙直接轉(zhuǎn)矩合成控制方式，將一臺(tái)六相雙Y型繞組電機(jī)按照兩臺(tái)Y型繞組電機(jī)分別進(jìn)行直接轉(zhuǎn)矩控制，在系統(tǒng)中，給定轉(zhuǎn)矩磁鏈與實(shí)際轉(zhuǎn)矩磁鏈經(jīng)過滯環(huán)調(diào)節(jié)器模塊后得到的滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出值，再利用開關(guān)狀態(tài)選擇表并從中獲取逆變器的功率開關(guān)觸發(fā)信號(hào)，生成統(tǒng)一的逆變器開關(guān)電壓矢量，實(shí)現(xiàn)六相雙Y繞組電機(jī)的整體和獨(dú)立控制，包括以下步驟：

S1、六相雙Y繞組電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速ω*與實(shí)際轉(zhuǎn)速ω經(jīng)過速度調(diào)節(jié)模塊后得到速度誤差e_ω，速度誤差e_ω經(jīng)電流PI調(diào)節(jié)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(shù)，K_i為積分常值系數(shù)；

S2、利于給定電流I^*計(jì)算得到給定轉(zhuǎn)矩T^*如下：

T^*＝K_eI^*

其中，K_e為常值系數(shù)；

S3、利用電流傳感器檢測六相雙Y繞組電機(jī)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(jì)算兩相靜止坐標(biāo)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(jì)算如下：

其中，X＝I或V；

S4、計(jì)算電機(jī)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(zhuǎn)矩T₁,T₂，電機(jī)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(zhuǎn)矩T₁,T₂計(jì)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(jī)繞組等效電阻，p為電機(jī)極對數(shù)；

S5、根據(jù)給定的常值磁鏈幅值φ^*和磁鏈幅值φ₁,φ₂計(jì)算磁鏈偏差送入兩個(gè)磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器，得到滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出值H₁,H₂；

S6、由之前計(jì)算得到的給定轉(zhuǎn)矩T^*和計(jì)算得到的T₁,T₂計(jì)算轉(zhuǎn)矩偏差e_T1,e_T2，送入兩個(gè)轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器，得到滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出值H₃,H₄；

步驟S5和S6中，滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出值H₁,H₂計(jì)算如下：

其中，δ₁,δ₂分別為兩個(gè)磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)定容差常數(shù)值；

滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出值H₃,H₄計(jì)算如下：

其中，δ₃,δ₄分別為兩個(gè)轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)定容差常數(shù)值；

S7、根據(jù)計(jì)算的磁鏈角θ₁,θ₂查詢磁鏈扇區(qū)所在扇區(qū)查詢表得到定子磁鏈?zhǔn)噶克诘纳葏^(qū)號(hào)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(jù)步驟S7計(jì)算的定子磁鏈?zhǔn)噶克诘纳葏^(qū)號(hào)N₁,N₂和步驟S5、S6計(jì)算的滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出值H₁,H₂，H₃,H₄查詢開關(guān)選擇表I和開關(guān)選擇表II得到驅(qū)動(dòng)逆變器I和II功率開關(guān)需要的電壓矢量V_k,V′_k，k＝1,2,3,4,5,6，利用開關(guān)選擇表I和開關(guān)選擇表II生成兩組電壓矢量對應(yīng)的逆變器開關(guān)通斷狀態(tài)同時(shí)輸入至六橋臂逆變器實(shí)現(xiàn)對六相雙Y繞組電機(jī)的控制；

開關(guān)選擇表I

表3為開關(guān)選擇表II

通過計(jì)算的扇區(qū)號(hào)N₁,N₂和滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出值H₁,H₂，H₃,H₄，再利用兩個(gè)開關(guān)選擇表可以生成兩個(gè)電壓矢量V_k,V′_k；根據(jù)所得到的這兩個(gè)電壓矢量可以確定逆變器對應(yīng)的十二個(gè)功率開關(guān)的通斷狀態(tài)，逆變器控制六相雙Y繞組電機(jī)正常工作。