[發明專利]一種電機直接轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201910178266.8
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN111669091B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 李云;諸自強;任遠;馬雅青;朱世武;詹姆斯·格林;李子健
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代半導體有限公司
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/30;H02P27/08
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本發明提供了一種電機直接轉矩控制方法，該方法通過對轉矩誤差進行比例積分調節來補償定子磁鏈矢量角的方法來得到雙三相永磁同步電機系統中的轉矩相關的電壓空間矢量給定值，通過比例積分控制器和二倍頻諧振控制器來減小雙三相永磁同步電機系統中電機和逆變器的固有不對稱導致的諧波電壓，進而有效抑制了該諧波電壓產生的諧波電流。通過六倍頻諧振控制器來減小雙三相永磁同步電機系統中逆變器非性線因素導致的諧波電壓，進而有效抑制了該諧波電壓產生的諧波電流，并且在參考電壓空間矢量的計算過程中沒有引入額外的電機參數，有效增強了對電機參數的魯棒性。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，尤其涉及一種可應用于例如雙三相永磁電機系統的電機直接轉矩控制方法。

背景技術

多相電機交流傳動系統具有轉矩脈動低，容錯性能好，控制自由度多等優勢。尤其是五相和六相電機系統。雙三相永磁電機系統是一種六相電機系統，其包含兩套相差30度電角度的定子繞組，這兩套定子繞組可以分別采用獨立的三相逆變器供電。因此雙三相永磁電機系統兼具傳統永磁電機和多相電機的優勢，近年來得到了廣泛的研究與應用。

雙三相永磁電機在傳統六相坐標系下為高階、強耦合系統。通過六維解耦坐標變換，可以將雙三相永磁電機的電壓、電流和磁鏈矢量投影到三個相互正交的二維子平面中。其中，機電能量轉換分量全部投影到了α-β子平面，非機電能量轉換分量投影到了z₁-z₂子平面與o₁-o₂子平面。對于兩套繞組中性點獨立的雙三相永磁電機系統而言，o₁-o₂子平面的電壓向量為零向量，因此在控制時可以不予考慮。

在雙三相永磁電機系統中，雖然只有α-β子平面的電壓分量和電流分量與機電能量轉換(即轉矩的形成)相關，但是若不對z₁-z₂子平面的電壓分量和電流分量加以有效控制，即使較小的諧波電壓也會在z₁-z₂子平面形成較大的諧波電流，從而容易造成電機發熱的加劇和系統效率的下降。雙三相永磁電機系統的這一特點決定了在進行雙三相電機系統控制時必須同時考慮兩個問題：對轉矩的有效控制和對諧波電流的有效抑制。

諧波電流由諧波電壓在z₁-z₂子平面上作用形成。形成諧波電壓主要有以下三個方面的因素：

1)不恰當的逆變器開關信號的生成方法。

2)電機和逆變器自帶的不對稱，例如電機每套繞組的相間不對稱或兩套繞組之間的不對稱。

3)逆變器的非線性因素，主要為死區作用，其中死區可以視為一個方波電壓信號，該信號在進行分解后作用到z₁-z₂子平面上的主要成分為5電壓諧波和7次電壓諧波。

因此，對雙三相永磁電機系統的諧波進行有效的抑制，需要同時對上述三方面因素進行考慮。

傳統的雙三相永磁同步電機的直接轉矩控制從三相永磁電機系統的直接轉矩控制拓展而來，即根據磁鏈滯環比較器和轉矩滯環比較器的輸出信號和定子磁鏈的位置信號，從一個離線的最優開關表中選擇合適的電壓空間矢量來控制逆變器的開關管狀態。該方法雖然結構簡單，易于實施，但是由于采用傳統直接轉矩控制中的滯環比較器和開關表來生成逆變器開關信號，會導致很大的轉矩脈動，同時由于僅對α-β子平面的電壓分量進行了控制，z₁-z₂子平面的電壓分量會產生較大的諧波電流，進而增加電機損耗，降低了系統效率。