一種多相感應電機指定次電流波形控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種多相感應電機指定次電流波形控制方法，包括以下步驟：A、電流反饋值處理；B、電流復合調節；C、電壓參考值確定。它是基于多相感應電機矢量控制，將多相電機電流經過多相多同步旋轉坐標變換，映射到相互正交的基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系，分別進行比例積分諧振調節及比例積分調節，疊加組成完整的電流控制器；并引入積分和諧振分離進一步提高動靜態性能。本發明優點是：采用數字控制實現，簡單實用；可抑制多相感應電機有害諧波電流造成的電機損耗，轉矩脈動和振動噪聲等負面影響，使可用諧波的正面效應得以發掘，充分發揮多相電機的優勢。可應用于船舶推進、礦山機械、軌道牽引等大功率交流電機傳動場合。
【專利說明】一種多相感應電機指定次電流波形控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于交流電動機及其控制【技術領域】，具體涉及一種多相感應電機指定次電流波形控制方法，以實現電流波形優化控制，可應用于船舶推進、礦山機械、軌道牽引、軋鋼、風機泵類調速等大功率交流電機傳動場合。
【背景技術】
[0002]交流電機尤其是籠型感應電機以其結構簡單、易維護及成本便宜的特點得到了廣泛的應用。而能源問題的日益凸顯使得采用調速傳動減小在電力消耗中占很大比重的大功率交流電機的浪費和損耗以實現節能減排，具有重大的經濟和社會意義，日益受到關注。
[0003]隨著電力電子技術的發展，多相功率變換器使電機擺脫工業電網相數的限制。與傳統三相電機系統相比，多相系統的顯著優勢在于:
隨著功率等級的提高，多相電機通過增大電機相數和逆變器橋臂數，不僅易于通過低壓器件來實現系統的大功率運行，有利于減低系統的成本，還避免了器件串聯帶來的靜動態均壓問題和多電平帶來的拓撲及其控制復雜等問題。尤其在供電電壓受限的場合(如船舶電力推進)，更具優勢。
[0004]多相電機具有相冗余特性，當相故障時，仍能獲得平穩的轉矩，實現容錯抗干擾運行。適合于艦船推進.核電站水冷系統，航空航天等高可靠性要求的場合。
[0005]多相電機具有更多的控制資源。從開關狀態來看，具有更多的非零電壓空間矢量，從坐標變換來看，具有多個相互正交的而平面，其中可分別控制相應的變量，有更多的潛倉泛。
[0006]多相電機中諧波磁場次數增大，影響減小，與電流作用產生的轉矩脈動，也減小，使得振動與噪聲減小，轉子損耗減低。
[0007]然而，一般而言多相電機每相串聯匝數較小，定子漏感相對較小，對電流諧波的抑制作用在相同的情況下不及三相電機。
[0008]電流諧波主要源于:供電的電壓源變換器非線性特性以及PWM調制的死區效應等會使輸出電壓含有大量的低次諧波，諧波電壓作用在低阻抗空間上會產生很大的諧波電流，此外，電機的鐵心存在固有的非線性特性，非正弦氣隙磁通導致的諧波反電勢在電機運行中均產生諧波電流，而且，一些多相電機新型拓撲如H橋開繞組等，由于解開了繞組中性點，使某些次數諧波電流形成通路，促使了其形成。
[0009]多相感應電機通過合理的繞組設計，匹配其磁勢空間波和電流時間波是可以利用某些低次諧波實現機電能量轉換，優化氣隙磁密波形，提高鐵心利用率，并增大轉矩密度，但其有害次諧波的影響仍不容小覷；主要反映在:增加繞組損耗；引起電機切向轉矩脈動；產生電機徑向電磁激振力，增加振動噪聲；導致相電流峰值增大，而可能導致過流故障，降低電機系統性能；盡管采用用濾波器能一定程度上解決這一問題，但無疑導致了系統體積、重量、成本的增加。
[0010]多相感應電機的控制策略主要包括恒壓頻比控制、磁場定向矢量控制、直接轉矩控制等。其中矢量控制通過坐標變換對磁鏈和電磁轉矩分別采用閉環控制，實現磁場和電流的解耦，具有良好的動靜態性能；直接轉矩控制勿需復雜的坐標變換，通過磁鏈和轉矩的直接跟蹤，實現PWM和系統的高動態性能，具有魯棒性。
[0011]掣肘于多相感應電機有害次諧波電流的不利影響，其應用受到了限制。而目前，鮮有相應的技術文獻報道關于多相感應電機指定次電流波形控制策略。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于，提出一種多相感應電機指定次電流波形控制方法，以實現電流波形優化控制，減少繞組損耗，消弱電機轉矩脈動，減小電機徑向電磁激振力，減小振動噪聲，避免電流諧波引起的相電流峰值增大而導致的過流故障，提高電機系統性能。
[0013]本發明的技術方案是:
一種多相感應電機指定次電流波形控制方法，包括以下步驟:
A、電流反饋值處理:將電機各相電流反饋值L,其中含基波、并疊加了…7次可用諧波、hr.hn次有害諧波，經過多相多同步旋轉坐標變換，映射到相互正交的基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系，確定基波及各次諧波電流在基波及各可用次同步旋轉坐標系dq
分量反饋值Iql ;所述可用次諧波電流是指可實現機電能量轉換的低次諧波電流，有害次諧波電流是指不能實現機電能量轉換的高次諧波電流，…I為可用諧波次數，I…七為有害諧波次數，I < / <+ &，有害諧波的最低次數高于可用諧波最高次數；
B、電流復合調節:基于多相感應電機矢量控制，依據電機轉速?,和轉子磁鏈P,—比例積分調節結果，確定基波及可用次諧波電流在各自同步旋轉坐標系的而分量參考值ζ:,…ζ、ζ.,和步驟A確定的基波及各次諧波電流而分量反饋值
h:' f’U、在基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系進行調節；基波同步旋轉坐
標系下電流調節是通過比例積分諧振調節器實現，各可用次諧波同步旋轉坐標系下電流調節是通過比例積分調節器實現；多個獨立的基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系電流調節器疊加組成完整的復合電流控制器；調節產生基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系電壓
而分量參考值、ι.ζ._.…ιζ；;
C、電壓參考值確定:依據步驟B確定的基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系電壓而分量參考值《1、?ζ:-…4、H:.,經過多相多同步旋轉坐標逆變換，形成各相交流電壓
參考值H:…H二。
[0014]進一步的技術方案是:
所述的多相感應電機指定次電流波形控制方法，其步驟A多相多同步旋轉坐標變換是按矩陣T實現坐標變換:
【權利要求】
1.一種多相感應電機指定次電流波形控制方法，其特征在于，包括以下步驟: A、電流反饋值處理:將電機各相電流反饋值匕…,其中含基波、并疊加了…7次可用諧波、hr.hn次有害諧波，經過多相多同步旋轉坐標變換，映射到相互正交的基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系，確定基波及各次諧波電流在基波及各可用次同步旋轉坐標系dq分量反饋值Iil、Iql ;所述可用次諧波電流是指可實現機電能量轉換的低次諧波電流，有害次諧波電流是指不能實現機電能量轉換的高次諧波電流，…I為可用諧波次數，I…七為有害諧波次數，I Cl <+ &，有害諧波的最低次數高于可用諧波最高次數； B、電流復合調節:基于多相感應電機矢量控制，依據電機轉速句和轉子磁鏈P,—比例積分調節結果，確定基波及可用次諧波電流在各自同步旋轉坐標系的而分量參考值ζ:,…ζ.，和步驟A確定的基波及各次諧波電流dq分量反饋值h-,在基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系進行調節；基波同步旋轉坐標系下電流調節是通過比例積分諧振調節器實現，各可用次諧波同步旋轉坐標系下電流調節是通過比例積分調節器實現；多個獨立的基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系電流調節器疊加組成完整的復合電流控制器；調節產生基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系電壓而分量參考值、Ii'J-.、?ζ:; C、電壓參考值確定:依據步驟B確定的基波及各可用次諧波同步旋轉坐標系電壓而分量參考值
2.根據權利要求1所述的多相感應電機指定次電流波形控制方法，其特征在于，所述步驟A多相多同步旋轉坐標變換是按矩陣T實現坐標變換: 矩陣r為如下形式:.
3.根據權利要求1所述的多相感應電機指定次電流波形控制方法，其特征在于，所述步驟B基波同步旋轉坐標系下電流調節器為比例積分調節器和各有害次諧波諧振調節器疊加的比例積分諧振調節器，具有如下傳遞函數:..,
4.根據權利要求1或3所述的多相感應電機指定次電流波形控制方法，其特征在于，所述步驟B比例積分調節器和比例積分諧振調節器，當被控量與參考值偏差較大時，取消積分和諧振控制，當被控量接近參考值時，引入積分和諧振控制，其具體實現如下: 比例積分調節器
5.根據權利要求4所述的多相感應電機指定次電流波形控制方法，其特征在于，步驟B所述比例積分諧振調節器，其中，傳遞函數為S ) = kn-~F的諧振調節
6.根據權利要求2所述的多相感應電機指定次電流波形控制方法，其特征在于，所述步驟C多相多同步旋轉坐標逆變換按矩陣T的逆矩陣t1實現坐標變換:
【文檔編號】H02P6/08GK103490694SQ201310475361
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月13日 優先權日:2013年10月13日
【發明者】姬凱, 槐博超, 徐 明, 龍文楓, 李帆 申請人:中國船舶重工集團公司第七一二研究所