一種多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法，包括以下步驟：A、電流參考值處理；B、電流反饋值處理；C、電流調(diào)節(jié)；D、電壓參考值確定。它是基于多相感應(yīng)電機(jī)矢量控制，將多相電機(jī)電流經(jīng)過多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，映射到相應(yīng)的相互正交的基波及各次諧波同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，用比例積分調(diào)節(jié)器分別實(shí)現(xiàn)無靜差跟蹤，并疊加組成完整的電流控制器。該方法優(yōu)點(diǎn)是：采用梯形積分提高積分精度，并輔以變結(jié)構(gòu)控制，引入適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)補(bǔ)償抗控制飽和，進(jìn)一步提高了動(dòng)靜態(tài)性能；抑制多相電機(jī)有害次諧波電流造成的電機(jī)損耗，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和振動(dòng)噪聲等負(fù)面影響，并使可用次諧波的正面效應(yīng)得以發(fā)掘；充分發(fā)揮了多相電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，提高了系統(tǒng)性能。
【專利說明】一種多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交流電動(dòng)機(jī)及其控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法，以實(shí)現(xiàn)電流波形優(yōu)化控制，可應(yīng)用于船舶推進(jìn)、礦山機(jī)械、軌道牽引、軋鋼、風(fēng)機(jī)泵類調(diào)速等大功率交流電機(jī)傳動(dòng)場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002]交流電機(jī)尤其是籠型感應(yīng)電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、易維護(hù)及成本便宜的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。而能源問題的日益凸顯使得采用調(diào)速傳動(dòng)減小在電力消耗中占很大比重的大功率交流電機(jī)的浪費(fèi)和損耗以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，日益受到關(guān)注。
[0003]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，多相功率變換器使電機(jī)擺脫工業(yè)電網(wǎng)相數(shù)的限制。與傳統(tǒng)三相電機(jī)系統(tǒng)相比，多相系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)在于:
隨著功率等級(jí)的提高，多相電機(jī)通過增大電機(jī)相數(shù)和逆變器橋臂數(shù)，不僅易于通過低壓器件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的大功率運(yùn)行，有利于減低系統(tǒng)的成本，還避免了器件串聯(lián)帶來的靜動(dòng)態(tài)均壓問題和多電平帶來的拓?fù)浼捌淇刂茝?fù)雜等問題。尤其在供電電壓受限的場(chǎng)合(如船舶電力推進(jìn))，更具優(yōu)勢(shì)。
[0004]多相電機(jī)具有相冗余特性，當(dāng)相故障時(shí)，仍能獲得平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)抗干擾運(yùn)行。適合于艦船推進(jìn).核電站水冷系統(tǒng)，航空航天等高可靠性要求的場(chǎng)合。
[0005]多相電機(jī)具有更多的控制資源。從開關(guān)狀態(tài)來看，具有更多的非零電壓空間矢量，從坐標(biāo)變換來看，具有多個(gè)相互正交的而平面，其中可分別控制相應(yīng)的變量，有更多的潛倉泛。
[0006]多相電機(jī)中諧波磁場(chǎng)次數(shù)增大，影響減小，與電流作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，也減小，使得振動(dòng)與噪聲減小，轉(zhuǎn)子損耗減低。
[0007]然而，一般而言多相電機(jī)每相串聯(lián)匝數(shù)較小，定子漏感相對(duì)較小，對(duì)電流諧波的抑制作用在相同的情況下不及三相電機(jī)。
[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(diào)制的死區(qū)效應(yīng)等會(huì)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(huì)產(chǎn)生很大的諧波電流，此外，電機(jī)的鐵心存在固有的非線性特性，非正弦氣隙磁通導(dǎo)致的諧波反電勢(shì)在電機(jī)運(yùn)行中均產(chǎn)生諧波電流，而且，一些多相電機(jī)新型拓?fù)淙鏗橋開繞組等，由于解開了繞組中性點(diǎn)，使某些次數(shù)諧波電流形成通路，促使了其形成。
[0009]多相感應(yīng)電機(jī)通過合理的繞組設(shè)計(jì)，匹配其磁勢(shì)空間波和電流時(shí)間波是可以利用某些低次諧波實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，優(yōu)化氣隙磁密波形，提高鐵心利用率，并增大轉(zhuǎn)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(jī)切向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；產(chǎn)生電機(jī)徑向電磁激振力，增加振動(dòng)噪聲；導(dǎo)致相電流峰值增大，而可能導(dǎo)致過流故障，降低電機(jī)系統(tǒng)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(dǎo)致了系統(tǒng)體積、重量、成本的增加。
[0010]多相感應(yīng)電機(jī)的控制策略主要包括恒壓頻比控制、磁場(chǎng)定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。其中矢量控制通過坐標(biāo)變換對(duì)磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩分別采用閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)和電流的解耦，具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能；直接轉(zhuǎn)矩控制勿需復(fù)雜的坐標(biāo)變換，通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤，實(shí)現(xiàn)PWM和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能，具有魯棒性。
[0011]掣肘于多相感應(yīng)電機(jī)有害次諧波電流的不利影響，其應(yīng)用受到了限制。而目前，鮮有相應(yīng)的技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于解決多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制的控制策略。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的目的在于提出一種多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法，以實(shí)現(xiàn)電流波形優(yōu)化控制，減少繞組損耗；消弱電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；減小電機(jī)徑向電磁激振力，減小振動(dòng)噪聲；避免電流諧波引起的相電流峰值增大而導(dǎo)致的過流故障，提高電機(jī)系統(tǒng)性能。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法，包括以下步驟:
A、電流參考值處理:基于多相感應(yīng)電機(jī)矢量控制，依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速以.和轉(zhuǎn)子磁鏈P,.比例積分調(diào)節(jié)結(jié)果，確定基波及可用次諧波電流在各自同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系
的而分量參考值
【權(quán)利要求】
1.一種多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法，其特征在于，包括以下步驟: A、電流參考值處理:基于多相感應(yīng)電機(jī)矢量控制，依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速以.和轉(zhuǎn)子磁鏈W,.比例積分調(diào)節(jié)結(jié)果，確定基波及可用次諧波電流在各自同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的而分量參考值
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法，其特征在于，所述步驟B多相多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換是按矩陣T實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換: 矩陣r為如下形式:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相感應(yīng)電機(jī)指定次諧波電流抑制方法，其特征在于，所述步驟D多相多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)逆變換是按矩陣T的逆矩陣T1實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換:
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103501149SQ201310475362
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月13日
【發(fā)明者】姬凱, 槐博超, 朱軍, 周艷紅, 李強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所