[發(fā)明專利]一種可變開繞組電機拓撲驅(qū)動電路及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110732536.2
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113422558B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 宋強;孫芃;李易庭;田從豐;張圓圓;張如偉;劉存波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02P25/02
• 分類號: H02P25/02;H02P25/16;H02P21/00
• 代理公司: 北京遠創(chuàng)理想知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11513
• 代理人: 衛(wèi)安樂

1.一種可變開繞組電機拓撲驅(qū)動電路的控制方法，所述的可變開繞組電機拓撲驅(qū)動電路包括：包括第一逆變器和第二逆變器，其特征在于，在所述第一逆變器和第二逆變器之間的直流母線處設置開關(guān)管，通過控制所述開關(guān)管的導通和關(guān)閉，實現(xiàn)三相逆變器驅(qū)動控制電路和共直流母線的開繞組電機驅(qū)動電路的功能切換；所述的第一逆變器一側(cè)連接直流源，另一側(cè)通過開繞組電機繞組連接所述的第二逆變器，所述的第一逆變器與直流源之間并聯(lián)有第一電容器，所述的第二逆變器與所述的開關(guān)管之間并聯(lián)有第二電容器；

所述的控制方法包括：

A、在電機轉(zhuǎn)速＜額定轉(zhuǎn)速30％下，第一逆變器直流母線與直流源相連，共直流母線處的兩開關(guān)管斷開，第二逆變器開關(guān)管全部導通，此時，左側(cè)橋臂形成傳統(tǒng)的三相逆變器，通過對第一逆變器開關(guān)管進行PWM調(diào)制方式，右側(cè)各橋臂將電機繞組一端捏合到一點，形成永磁同步電機星形連接的中性點N點；

B、轉(zhuǎn)速到達額定轉(zhuǎn)速30％，第一逆變器直流母線與直流源相連，共直流母線處兩開關(guān)管仍保持斷開，第二逆變器直流端僅與第二電容器相連，控制左側(cè)橋臂開關(guān)管導通關(guān)斷，使直流電源的輸出電壓大部分甚至是全部用于輸出有功功率；控制右側(cè)橋臂開關(guān)管導通關(guān)斷，使得無功功率完全由電容提供；

C、電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，到達額定轉(zhuǎn)速；

直流母線處開關(guān)管閉合，兩側(cè)均為三相逆變器，形成共直流母線開繞組驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)，對兩側(cè)開關(guān)管加以策略進行調(diào)制，使兩逆變器開關(guān)損耗最小，并使逆變器1與逆變器2連接處直流母線電流較小；

所述的策略包括以下：

C1、計算在同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的電機參考電壓矢量；

C2、根據(jù)計算出的電機參考電壓矢量，確定兩個逆變器中的一個的參考電壓矢量；

C3、根據(jù)已經(jīng)確定的一個逆變器的參考電壓矢量，確定輸出該參考電壓矢量的鉗位開關(guān)狀態(tài)，并計算得到第二個逆變器的參考電壓矢量；

C4、根據(jù)第二個逆變器的參考電壓矢量，確定輸出該參考電壓矢量的開關(guān)狀態(tài)；

C5、將兩個逆變器開關(guān)狀態(tài)分別實施給第一逆變器和第二逆變器，分別計算此時第二逆變器的對應功率；

C6、第二逆變器的功率最小時，對應開關(guān)狀態(tài)被選為第一、第二逆變器的輸出開關(guān)狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變開繞組電機拓撲驅(qū)動電路的控制方法，其特征在于，為使得系統(tǒng)開關(guān)損耗最小，在一個開關(guān)周期內(nèi)，盡量滿足一側(cè)橋臂始終不動作，僅對另一側(cè)橋臂進行調(diào)制，且滿足最小直流母線電流。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變開繞組電機拓撲驅(qū)動電路的控制方法，其特征在于，所述的策略計算方法具體如下：

利用最小拍電流預測控制方法計算在同步旋轉(zhuǎn)坐標系(dq坐標系)上的電機定子參考電壓矢量，在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的d軸、q軸和0軸的電機參考電壓矢量的方程式為：

其中，V_dref,V_qref和V_0ref分別表示電機在同步旋轉(zhuǎn)坐標系上d軸、q軸和0軸上的參考電壓矢量；和分別表示設置在同步旋轉(zhuǎn)坐標系上d軸、q軸和0軸上的參考電流分量；i_d(k),i_q(k)和i₀(k)分別表示電機在同步旋轉(zhuǎn)坐標系上d軸、q軸和0軸上k時刻的電流分量；R,L和M分別表示定子繞組電阻、自感和互感；L_d,L_q分別代表旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸、q軸上的電感分量，L_d＝L_q＝L；L₀＝L-2M代表零序電感；ω，θ，ψ_f1，ψ_f3分別為電角速度，轉(zhuǎn)子位置角，基波轉(zhuǎn)子磁鏈，轉(zhuǎn)子磁鏈三次諧波分量；T_s表示采樣時間；

將兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標上的電壓參考矢量通過Clark變換，得到在兩相靜止坐標系上的電壓參考矢量V_αref、V_βref，可表示為：

電機參考電壓矢量的位置角可表示為：

根據(jù)上述控制，得到電機定子參考電壓矢量V_S及其位置角；

得到所述電機定子 參考電壓矢量Vs；根據(jù)參考電壓矢量位置角θ₁不同，先確定一側(cè)逆變器的參考電壓矢量為V_m，則另一側(cè)逆變器的參考電壓矢量V_n由V_s與V_m做差計算所得，即V_n＝V_s-V_m；

為使系統(tǒng)開關(guān)損耗最小，在一個開關(guān)周期內(nèi)，使一側(cè)橋臂始終不動作，僅對另一側(cè)橋臂進行調(diào)制；即令一側(cè)橋臂輸出的參考電壓矢量V_m為U1～U6中任一有效電壓矢量，該橋臂開關(guān)在一個開關(guān)周期內(nèi)始終被鉗位至一個狀態(tài)，不發(fā)生改變；另一橋臂輸出參考電壓矢量V_n根據(jù)已知定子參考電壓矢量V_s與已知橋臂輸出電壓矢量V_m計算得出，通過svpwm進行調(diào)制；

若V₁＝V_m，則V₂＝V_n；若V₁＝V_n，則V₂＝V_m；V₁為第一逆變器參考電壓矢量；V₂為第二逆變器參考電壓矢量

根據(jù)下述公式，對V₁與V₂的電壓進行選擇：

系統(tǒng)開關(guān)損耗包括兩逆變器開關(guān)損耗，與直流母線處接觸器損耗；在保證兩逆變器開關(guān)損耗最小的前提下，使直流母線開關(guān)管處電流最小，保證此時直流母線處開關(guān)管Q13在發(fā)生動作時損耗最小；開關(guān)管電流大小僅與第二逆變器調(diào)制有關(guān)；即：

其中，P₂為第二逆變器輸出功率，V_d2、V_q2分別為第二逆變器參考電壓矢量V₂在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸與q軸的電壓分量，i_d、i_q分別為開繞組電機在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸與q軸的電流分量，U_d為直流電壓，i_Q13為接觸器處直流電流；

按上述步驟，將第二逆變器的兩種電壓矢量根據(jù)下述公式，計算得到一個預測電流：

其中，V_dq0-1(k)表示一側(cè)逆變器在k時刻產(chǎn)生的8個電壓矢量；V_dq0-2(k)表示另一側(cè)逆變器在k時刻產(chǎn)生的8個電壓矢量；

在同步旋轉(zhuǎn)坐標系上預測的d軸和q軸電流和零序電流，設計如下目標函數(shù)：

當目標函數(shù)的值最小，所用的預測電流所對應的電壓矢量即為另一側(cè)逆變器參考電壓矢量，繼續(xù)根據(jù)上述P₂最小的原則，分配兩逆變器參考電壓矢量。