[發明專利]一種無線電機系統最優效率點跟蹤裝置及方法

有效

• 申請號: 202110604543.4
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113315251B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 甘醇;楊震;石昊晨;陳宇;倪鍇;曲榮海
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/12;H02M3/335;H02M7/5387;H02P27/08;H02P25/022;H02P21/14;H02P21/22;H02P27/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

1.一種無線電機系統最優效率點跟蹤裝置，所述無線電機系統分為發射側和接收側，發射側包括直流電源、全橋逆變電路、發射模塊，接收側包括接收模塊、全橋整流電路、三相逆變電路和永磁同步電機，全橋逆變電路用于將直流電源的直流電壓逆變成方波電壓，全橋逆變電路的輸出端與發射模塊的輸入端相連，發射模塊與接收模塊為SS型補償網絡，均由線圈串聯補償電容組成，發射模塊與接收模塊之間電氣隔離，通過電磁感應的方式無線傳輸電能，接收模塊的輸出端與全橋整流電路的輸入端相連，全橋整流電路用于將接收線圈感應的交變電壓整流成直流電壓，全橋整流電路的輸出端與三相逆變電路的輸入端相連，三相逆變電路用于實現基于SVPWM調制的永磁同步電機調速控制；其特征在于，

裝置包括：第一藍牙模塊、第二藍牙模塊、最優效率點控制模塊、移相角控制器；移相角控制器與發射側的第一藍牙模塊相連；最優效率點控制模塊與接收側的第二藍牙模塊相連；

所述最優效率點控制模塊用于生成全橋整流電路輸出電壓參考值；所述最優效率點控制模塊用于處理全橋整流電路的輸出電壓和輸出電流、電機三相電流和電機轉速，計算滿足電機運行狀態的全橋整流電路的輸出最小電壓U_{dc_min}和滿足阻抗匹配條件的全橋整流電路的輸出電壓U_dc0，通過比較U_{dc_min}和U_dc0的幅值選取相應控制策略，在保證電機運行狀態的條件下滿足阻抗匹配條件，最終得到全橋整流電路的輸出電壓參考值U_ref；全橋整流電路的輸出最小電壓U_{dc_min}和滿足阻抗匹配條件的全橋整流電路的輸出電壓U_dc0分別為：

其中，U_out為電機達到穩定運行狀態時的全橋整流電路的輸出電壓，I_out為電機達到穩定運行狀態時的全橋整流電路的輸出電流，R_n為電機處于額定工況下的全橋整流電路的輸出阻抗，ω為永磁同步電機同步角速度，L_q為永磁同步電機的q軸電感，L_d為永磁同步電機的d軸電感，i_q為永磁同步電機的q軸電流，i_d為永磁同步電機的d軸電流，R_s為永磁同步電機定子相電阻，ψ為永磁同步電機相繞組中的永磁磁鏈幅值；電機處于額定工況下的全橋整流電路的輸出阻抗R_n為：

其中，ω_ss為SS型補償網絡的諧振角頻率，M為發射、接收線圈之間的互感，R₁、R₂分別為發射、接收線圈的電阻；

所述第二藍牙模塊通過無線傳輸的方式將全橋整流電路的輸出電壓實際值、輸出電壓參考值發送給第一藍牙模塊；

所述移相角控制器用于處理第一藍牙模塊接收到的數據，改變全橋逆變電路移相角，控制全橋整流電路的輸出電壓。

2.基于權利要求1所述的裝置的無線電機系統最優效率點跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)控制全橋整流電路的輸出電壓為電機額定電壓的幅值，預設永磁同步電機的d軸電流參考值i_{d_ref}為零；

(2)基于SVPWM調制方法實現對電機的d軸電流和q軸電流的閉環控制，使電機達到穩態，計算阻抗匹配所需的全橋整流電路輸出電壓U_dc0和滿足電機運行狀態所需的最小全橋整流電路輸出電壓U_{dc_min}，根據U_dc0和U_{dc_min}的關系確定具體的最優效率點跟蹤方法，使無線電機處于效率最優狀態；

若U_dc0≥U_{dc_min}：改變移相角，將全橋整流電路的輸出電壓控制為U_dc0，再通過擾動觀察法得出全橋整流電路的輸出參考電壓U_ref，使得全橋整流電路的輸出等效負載追蹤電機處于額定工況下的全橋整流電路的輸出阻抗R_n；

若U_{dc_min}＞U_dc0：測量電機的三相電流，計算電機的q軸電流，求解電機的電磁轉矩，給定定子相電壓為ε₂為擾動觀察法的電壓變化步長，求解出永磁同步電機的d軸電流參考值i_{d_ref}，回到步驟(2)。