[發明專利]一種拓展IMC-SPMSM系統高速運行范圍的方法

有效

• 申請號: 202011522679.2
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112564566B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 閻彥;鄒諾凡;史婷娜;張振;宋鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/22;H02P21/14;H02P25/026;H02P27/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種拓展IMC?SPMSM系統高速運行范圍的方法，設計了一種整流級調制策略，使得IMC輸出的中間直流電壓平均值V_pn在范圍內變化。逆變級在線性調制區和過調制區分別采用空間矢量調制及最小相位差過調制，最終通過整流、逆變兩級調制策略的適當組合，使得IMC最大電壓傳輸比達到1；在控制策略設計方面，結合電壓誤差反饋弱磁控制方法，設計了整流級過調制深度控制器，在弱磁運行達到功率極限時提升整流級電壓。

技術領域

本發明屬于電動機的控制領域，其涉及一種拓展間接矩陣變換器-永磁同步電機(IMC-SPMSM)系統高速運行范圍的方法，以解決因IMC最大電壓傳輸比僅為0.866而導致的IMC-SPMSM系統調速范圍受限的問題。

背景技術

表貼式永磁同步電機(Surface Mounted Permanent Magnet SynchronousMachines，SPMSM)因其功率密度高而被廣泛應用于白色家電、工業自動化以及航空航天等領域。這些應用一般要求系統具有較寬的調速范圍。為此，在電源電壓一定的情況下，通常采用弱磁控制和過調制控制，以充分利用電源電壓，獲得盡可能高的調速范圍。

目前，基于矢量控制的弱磁控制策略大致可分為三類，即前饋策略、反饋策略和混合策略。前饋策略往往利用電機模型計算出弱磁區參考電流值作為前饋補償量，因此這類方法響應速度快但控制效果受電機參數影響。為提升系統魯棒性，多種反饋策略被提出。常見的反饋策略有：電壓幅值反饋、過調制前后電壓誤差反饋，以及有效矢量作用時間反饋。其中，后兩種策略在電機弱磁運行時能有效的利用過調制區的電壓矢量，因此電壓利用率高，可實現更大的轉矩及更高的轉速輸出。但有效矢量作用時間反饋策略無法達到六脈波運行。混合策略通過在前饋路徑上增加反饋環路，在實現優勢互補的同時導致控制結構更為復雜。

近年來，間接矩陣變換器(Indirect Matrix Converter，IMC)作為一種直接 AC-AC功率變換器，因其具有無需中間儲能環節、輸入與輸出波形正弦且輸入功率因數可調等優點，在電機——特別是SPMSM——驅動領域的應用研究日益廣泛。然而，IMC最大線性電壓傳輸比(Voltage Transfer Ratio，VTR)僅為0.866，對電源電壓的利用率較低，使其在和常見交-直-交變換器的競爭中處于劣勢。過調制技術可提提高IMC的VTR，但需同時考慮整流級和逆變級過調制，相對復雜。而且，IMC的整流級和逆變級中間無儲能器件，這意味著逆變級輸入直流電壓的幅值始終變化，增加了SPMSM弱磁控制的難度。

發明內容

本發明以拓展IMC-SPMSM系統(即拓展間接矩陣變換器-永磁同步電機，下同)高速運行范圍為目標，提出一種適用于IMC-SPMSM系統的寬速域弱磁控制策略，包括以下方面：首先，通過在整流級和逆變級應用過調制策略，將 VTR提升至1；其次，采用電壓誤差反饋弱磁控制方法，使系統輸出的電壓矢量位于電壓極限邊界，充分利用整流級輸出的直流電壓；最后，以電流給定和電流限值之差作為輸入、整流級調制深度角α作為輸出，設計了過調制深度PI控制器，通過對過調制深度的有效控制進一步拓寬調速系統范圍。

本發明具體采用的技術方案如下：

一種拓展IMC-SPMSM系統高速運行范圍的方法，所述方法包含以下步驟：

S1、構造IMC整流級調制策略，使IMC中間直流電壓平均值V_pn在線性變化；

S2、逆變級調制在線性調制區采用空間矢量調制策略，在過調制區采用最小相位差過調制策略；

S3、基于電壓誤差反饋方法設計弱磁控制器，采用電壓誤差構造價值函數，利用梯度下降法算出d軸和q軸定子電流的最優參考值，實現在弱磁運行區對 IMC整流級輸出電壓的充分利用；