[發明專利]一種隔離母線型開繞組永磁同步電機的電壓調制方法

在審

• 申請號: 202210454831.0
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114759854A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 張承寧;王書琳;張碩;李雪萍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/22;H02P21/14;H02P21/00;H02M7/5387
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 岳東升;楊帥峰

本發明提供了一種隔離母線型開繞組永磁同步電機的電壓調制方法，對現有六邊形空間矢量電壓調制技術進行了改進，其通過將單逆變器鉗位的方式，有效降低了開關頻率，使系統總開關次數與傳統交替子六邊形調制方法相等，且能夠同時提高電壓矢量合成的精準程度。相對于現有技術，該方法能夠在更廣的范圍內合成所需電壓，使雙逆變器調制對所有參考電壓所在區域實現更有效的覆蓋，解決了電壓矢量合成偏差問題，提高了電機控制精準程度，降低了轉矩脈動；開關頻率的有效降低，在保證電機平穩運行的同時減少了硬件損耗；該方法在兩直流母線電壓相差較大時仍能保證良好的調制效果，因此有效提高了此類電機在不同工況下的適應性。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機調制技術領域，特別涉及隔離母線型電機在兩直流母線供電電壓不相等的情況下的參考電壓矢量合成方法。

背景技術

對于隔離母線型開繞組永磁同步電機來說，其采用兩個直流電源分別供電的隔離母線型拓撲結構，兩個逆變器各自形成供電回路，消除了零序電流的影響，且能夠在兩電源電壓不相等的情況下保證電機運行，從而能夠拓寬電機空間矢量脈寬調制(SVPWM)的合成電壓范圍。

現有針對隔離母線型開繞組永磁同步電機的常用電壓調制策略中，中心六邊形法可以通過電壓矢量的針對性選擇來消除電機中存在的共模電壓，進而減小零序電流對電機運行效果的影響，但是其調制范圍的限制降低了直流母線電壓的利用率；交替子六邊形法使兩個逆變器在不同調制周期中處于交替鉗位狀態，在保證母線電壓最大利用率的同時有效地將開關頻率降低了近一半，但在隔離母線型電機的兩個直流供電電壓不相等時，不同逆變器鉗位狀態下的電壓矢量合成范圍不同，導致其各自的調制效果不同，有可能導致在某些周期時參考電壓矢量無法準確合成的情況，降低了電機控制效果。

雖然現有技術中存在部分針對調制中的電壓合成效果與開關頻率的改進手段，比如某種基于初始施加電壓的持續時間與采樣周期之間的關系的統一調制方法，其以簡化扇區的劃分并有效降低開關頻率，但是扇區內部的區域劃分和矢量作用時間的計算增加了方法的復雜程度；以及部分將傳統雙逆變器的六橋臂結構簡化為四橋臂結構的方式，逆變器中兩個相鄰繞組共用一組上下半橋臂，通過簡化硬件結構繼而間接減少開關切換次數，但是對硬件的改裝增加了應用負擔。此外，現有技術對隔離母線型開繞組永磁同步電機在不同電壓下工作的情況，尤其是針對電壓合成效果問題，目前還缺少效果較好的解決手段。

發明內容

有鑒于此，針對上述本領域中存在的技術問題，本發明提供了一種隔離母線型開繞組永磁同步電機的電壓調制方法，具體包括以下步驟：

步驟一、在線數據實時采集開繞組永磁同步電機的三相電流、轉速以及轉子位置角數據；

步驟二、建立隔離母線型開繞組永磁同步電機在dq同步旋轉坐標系下的等效模型，利用無差拍電流預測控制模型結合所述步驟一中采集的數據實時計算出下一時刻的參考電壓矢量；

步驟三、根據步驟二中得到的所述參考電壓矢量執行以下的改進子六邊形電壓調制獲取逆變器開關管導通的規則，包括：首先基于所述參考電壓矢量的幅值與相位角，判斷其在由空間電壓矢量六邊形中所處的電壓合成扇區；當兩個逆變器所對應直流母線的供電電壓不相等時，將其中供電電壓較低的逆變器的三個橋路開關在一個周期內保持在低電位鉗位狀態，以提供部分參考電壓矢量分量；令供電電壓較高的另一逆變器在此周期內單獨動作進行調制，提供另一部分參考電壓矢量分量，并分別根據其中電壓零矢量和非零矢量計算出該逆變器開關管的導通時間；

步驟四、根據步驟三得到的逆變器開關導通時間確定相應逆變器橋臂的開關動作切換順序，通過比較三角載波與切換點來生成逆變器所需的PWM信號，并調制出相應三相電壓矢量。

進一步地，步驟二中建立的隔離母線型開繞組永磁同步電機具體采用以下形式：

電壓方程：