[發明專利]一種雙三相電機直接轉矩控制系統及其方法

在審

• 申請號: 202111245111.5
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN114070144A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 趙文祥;黃林森;吉敬華;陶濤;杜育軒;崔佳
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P27/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種雙三相電機直接轉矩控制系統及其方法，涉及多相電機控制技術領域。雙三相電機包含兩套對稱三相繞組，兩套繞組空間上互差30度。本發明通過采樣電機的各相電流和轉子角度信息獲得轉速，轉矩和磁鏈信息。由轉速控制器獲得轉矩誤差，通過磁鏈控制器獲得轉矩誤差。根據磁鏈信息和轉速信息選取目標電壓矢量。根據轉矩誤差和磁鏈誤差計算出目標電壓矢量占空比。由開關序列生成模塊根據目標電壓矢量和占空比生成開關序列驅動功率器件的驅動信號，從而實現對雙三相永磁電機控制。本發明可同時減小雙三相永磁電機的諧波電流、轉矩脈動和磁鏈脈動。從而提升雙三相電機的穩態性能。

技術領域

本發明屬于多相電機驅動控制領域，尤其是涉及一種雙三相電機直接轉矩控制系統及其方法。

背景技術

多相電機相對于傳統三相電機具備了功率密度大、轉矩脈動小、容錯性能好的特點得到了廣泛的關注。在多相電機中，以雙三相電機為代表的具有多套對稱三相繞組的電機，由于具備了抑制零序電流的能力具有較大的應用潛力。然而隨著電機相數的增多，傳統針對三相電機提出的直接轉矩控制策略存在著明顯不足。例如雙三相電機直接采用傳統直接轉矩控制策略會造成諧波電流大、轉矩脈動大、磁鏈脈動大的問題。國內外目前針對雙三相直接轉矩控制存在的問題，提出了一些改進的直接轉矩策略用于提高雙三相電機的控制性能。主要的技術方案有采用虛擬電壓矢量以及引入占空比調制的方法實現減小諧波電流和轉矩脈動。但現有的雙三相電機直接轉矩控制策略，在一個周期內通常僅采用一個基本電壓矢量或者僅采用一個虛擬矢量限制了調制范圍，無法在同一個控制周期內同時減小轉矩脈動、磁鏈脈動以及諧波電流。因此，即便采用改進的直接轉矩控制策略，雙三相電機系統依舊存在穩態性能差的問題。

發明內容

發明目的：針對現有雙三相直接轉矩控制策略存在穩態性能差的問題，本發明提供了一種雙三相電機直接轉矩控制策略，通過引入多虛擬電壓矢量拓寬調制區域同時減小了諧波電流，并在占空比計算中同時考慮轉矩和磁鏈從而實現了減小轉矩脈動，磁鏈脈動的目的。

技術方案為：一種雙三相電機直接轉矩控制系統，包含轉速和磁鏈控制器、開關序列生成模塊、占空比計算模塊、開關表、觀測器模塊、電壓源型逆變器、雙三相電機；

所述觀測器模塊輸入為雙三相電機六相電流和位置傳感器獲得的雙三相電機轉子位置信息。輸出為定子磁鏈的位置信息、電磁轉矩、定子磁鏈幅值和轉速信息；其中位置信息和轉速信息由位置傳感器直接解析得到。電磁轉矩和磁鏈信息通過坐標變換的方式將電流投影到基波平面，然后根據基波平面下的電機數學模型計算得到磁鏈和電磁轉矩；

所述轉速和磁鏈控制器模塊輸入為給定轉速、給定磁鏈幅值以及由觀測器模塊獲得的實際定子磁鏈幅值和實時轉矩，由轉速控制器獲得參考轉矩并與反饋的實時轉矩得到轉矩誤差。磁鏈由磁鏈控制器獲得。最后由轉速和磁鏈控制器模塊獲得轉矩誤差和磁鏈誤差；

所述開關表輸入為由觀測器模塊輸出的定子磁鏈位置信息，輸出為選定的目標電壓矢量；

所述占空比計算模塊輸入為選定的目標電壓矢量、轉矩誤差和磁鏈誤差，輸出為每個目標電壓矢量對應的占空比；

所述開關序列生成模塊輸入為目標電壓矢量和其對應的占空比，輸出為各橋臂的占空比；

所述電壓源型逆變器為兩電平電壓源型逆變器，輸入為各橋臂的驅動信號輸出為電壓矢量并輸出與雙三相電機相連接。

進一步，電壓源型逆變器共有64種開關序列，每個開關序列對應的電壓矢量可通過解耦矩陣分解到基波平面和諧波平面。

進一步，開關表包含了12個虛擬電壓矢量，每個虛擬電壓具有諧波平面等效幅值為0的特點。

進一步，開關表在每個控制周期根據定子磁鏈位置信息使用兩個虛擬矢量和一個零矢量。

進一步，占空比計算模塊根據兩個目標虛擬電壓矢量、零矢量、轉矩誤差、磁鏈誤差計算得到每個虛擬電壓矢量對應的占空比。