一种直流偏置型电机的功率因数控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直流偏置型电机的功率因数控制方法，包括：(1)确定在满足电机的功率因数为1的前提下，d轴电流、q轴电流以及0轴电流之间需要满足的关系式；(2)在d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足上述关系式的前提下，计算能够使得输出的电机转矩最大时的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值；(3)将步骤(2)中计算得到的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值分别作为d轴的电流给定值、q轴的电流给定值以及0轴的电流给定值，并输入电机作为d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值的目标值，进行无差跟踪。本发明专利技术可以使得直流偏置型电机无论负载的大小，始终保持功率因数为1，同时输出最大的转矩。

【技术实现步骤摘要】
一种直流偏置型电机的功率因数控制方法
本专利技术属于交流电机驱动与控制领域，更具体地，涉及一种直流偏置型电机的功率因数控制方法。
技术介绍
直流偏置型电机是在定子励磁同步电机的基础上发展而来的一种新型电机，这种电机的相电流除了交变分量外，还含有直流分量。通过改变直流偏置电流的大小，可以灵活地调节电机的气隙磁场，因此具有优异的调速性能。目前，对于直流偏置型电机的驱动控制，普遍采用最大转矩电流比控制方法，即控制d轴电流始终保持为零，q轴电流的有效值与0轴电流的有效值相等。该方法有效提高了直流偏置型电机的运行效率，但是这种控制方法的缺点为：当负载增大时，功率因数降低，对逆变器容量要求提高，同时也造成了电网输电效率的降低，限制了这种电机在大功率工作场合的应用。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决对直流偏置型电机采用最大转矩电流比控制方法，使得负载增大时，功率因数降低，对逆变器容量要求提高，同时也造成了电网输电效率的降低，限制了这种电机在大功率工作场合的应用的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种直流偏置型电机的功率因数控制方法，包括：(1)确定在满足电机的功率因数为1的前提下，d轴电流、q轴电流以及0轴电流之间需要满足的关系式；(2)在d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足上述关系式的前提下，计算能够使得输出的电机转矩最大时的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值；(3)将步骤(2)中计算得到的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值分别作为d轴的电流给定值、q轴的电流给定值以及0轴的电流给定值，并输入电机作为d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值的目标值，进行无差跟踪。可选地，所述步骤(1)包括：若电机的功率因数保持为1，此时电流矢量与电压矢量重合，d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足如下关系式：其中，ud和uq分别为d轴电压和q轴电压；id、iq、i0分别为d轴、q轴、0轴电流；Ls为电机的相电感，L0为电机的零轴电感；由上式得到：Ls(id2+iq2)＝L0i0iq。可选地，所述步骤(2)包括：电机相电流有效值is可以表示为：电机的电磁转矩Te可以表示为：其中，np为电机的极对数，为了在同样d轴、q轴以及0轴电流有效值的情况下，保持功率因数为1，同时输出最大的电机转矩，可得到：根据上式计算Te最大时的d轴、q轴、0轴电流给定值id*、iq*、i0*分别为：其中，is*为电机相电流给定值，电机稳定运行时，电机相电流给定值is*和电机相电流有效值is完全相等。可选地，所述步骤(3)包括：(3-1)将电机转速给定值ωe*与电机转速反馈值ωe的差值Δωr送入速度调节器，速度调节器输出电枢电流给定值is*，通过调节is*，使得ωe*与ωe的差值始终为零，即ωe始终跟随ωe*的变化而变化。(3-2)将电机转子位置信号θe，以及A、B、C相电流信号ia、ib、ic送入所述旋转坐标变换模块，经过旋转坐标变换模块得到d轴、q轴、0轴直流电流信号，并分别作为d轴电流反馈值id、q轴电流反馈值iq、0轴电流反馈值i0。(3-3)将电枢电流给定值is*和电机转速反馈值ωe送入电流分配器，所述电流分配器根据步骤(2)确定d轴、q轴、0轴电流给定值id*、iq*、i0*。(3-4)将d轴、q轴、0轴电流给定值分别与步骤(3-2)中的d轴、q轴、0轴电流的反馈值比较后，得到d轴电流偏差Δid、q轴电流偏差Δiq、0轴电流偏差Δi0，分别送入d轴、q轴、0轴电流调节器，得到d轴、q轴、0轴给定电压ud*、uq*、u0*，通过调节d轴、q轴、0轴给定电压使得Δid、Δiq、Δi0始终为零，即对id*、iq*、i0*进行无差跟踪。(3-5)将ud*、uq*与θe送入第一给定电压移相模块，定义ud*与uq*合成的电压矢量为us*，将us*分解为同步旋转坐标系下相位滞后于us*30度，大小为倍的电压矢量uα1*、uβ1*；同时，ud*、uq*与θe也送入第二给定电压移相模块，将us*分解为同步旋转坐标系下相位滞后于us*150度，大小为倍的电压矢量uα2*、uβ2*。(3-6)将uα1*、uβ1*、u0*输入第一脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制，分别产生第一变流器的A1、B1、C1相PWM信号PWM1-PWM6；同时uα2*、uβ2*、u0*输入第二脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制，分别产生第二变流器的A2、B2、C2相PWM信号PWM7-PWM12；所述第一变流器分别输出A相、B相、C相端电压ua1、ub1、uc1；所述第二变流器分别输出A相、B相、C相端电压ua2、ub2、uc2。两个变流器的输出电压共同作用在直流偏置型电机的A相、B相、C相绕组两端，驱动电机稳定运行。(3-7)将PWM1-PWM6送入第一变流器，同时PWM7-PWM12送入第二变流器，脉冲宽度调制信号驱动变流器产生输出电压，作用在直流偏置正线电流电机相绕组上，产生对应于输入PWM信号的带直流偏置的正弦电流信号，最终实现d轴电流、q轴电流、0轴电流的无差跟踪。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：现有直流偏置型电机的最大转矩电流比控制方法存在诸多缺点，其中之一就是随着负载的增大，电机功率因数在减小，通过本专利技术提供的功率因数控制方法，使得直流偏置型电机无论负载的大小，适中保持功率因数为1，并且输出最大的转矩。使得逆变器的功率得到了充分利用，同时提高了电网的输电效率，适用于直流偏置型电机在大功率工作场合的应用。附图说明图1为本专利技术提供的直流偏置型电机的功率因数控制方法流程图；图2为直流偏置型电机的结构图；图3为直流偏置型电机正常运行时的相电流波形；图4为本专利技术提供的功率因数控制系统框图；图5为直流偏置型正弦电流电机的空间矢量图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1为本专利技术提供的直流偏置型电机的功率因数控制方法流程图，如图1所示，包括如下步骤：(1)确定在满足电机的功率因数为1的前提下，d轴电流、q轴电流以及0轴电流之间需要满足的关系式；(2)在d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足上述关系式的前提下，计算能够使得输出的电机转矩最大时的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值；(3)将步骤(2)中计算得到的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值分别作为d轴的电流给定值、q轴的电流给定值以及0轴的电流给定值，并输入电机作为d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值的目标值，进行无差跟踪。如图2所示，直流偏置型电机包括定子10、转子20以及绕组30，以及转轴、机壳、端盖、位置编码器等电机的其他通用结构件。该电机采用集中绕组，每相绕组中的电流波形如图3所示。这种电机的相电流波形包括正弦交流分量和直流分量，正弦交流分量用于产生旋转磁势，直流分量用于产生旋转磁场。本专利技术提供的直流偏置型电机功率因数控制方法框图，如图4所示。该控制方法包括速度调节器1、电流分配器2、d轴电流调节器3a、q轴电流调节器3b、0轴电流调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流偏置型电机的功率因数控制方法，其特征在于，包括：(1)确定在满足电机的功率因数为1的前提下，d轴电流、q轴电流以及0轴电流之间需要满足的关系式；(2)在d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足上述关系式的前提下，计算能够使得输出的电机转矩最大时的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值；(3)将步骤(2)中计算得到的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值分别作为d轴的电流给定值、q轴的电流给定值以及0轴的电流给定值，并输入电机作为d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值的目标值，进行无差跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种直流偏置型电机的功率因数控制方法，其特征在于，包括：(1)确定在满足电机的功率因数为1的前提下，d轴电流、q轴电流以及0轴电流之间需要满足的关系式；(2)在d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足上述关系式的前提下，计算能够使得输出的电机转矩最大时的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值；(3)将步骤(2)中计算得到的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值分别作为d轴的电流给定值、q轴的电流给定值以及0轴的电流给定值，并输入电机作为d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值的目标值，进行无差跟踪。2.根据权利要求1所述的直流偏置型电机的功率因数控制方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：若电机的功率因数保持为1，此时电流矢量与电压矢量重合，d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足如下关系式：其中，ud和uq分别为d轴电压和q轴电压；id、iq、i0分别为d轴、q轴、0轴电流；Ls为电机的相电感，L0为电机的零轴电感；由上式得到：Ls(id2+iq2)＝L0i0iq。3.根据权利要求2所述的直流偏置型电机的功率因数控制方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：电机相电流有效值is可以表示为：电机的电磁转矩Te可以表示为：其中，np为电机的极对数，为了在同样d轴、q轴以及0轴电流有效值的情况下，保持功率因数为1，同时输出最大的电机转矩，可得到：根据上式计算Te最大时的d轴、q轴、0轴电流给定值id*、iq*、i0*分别为：其中，is*为电机相电流给定值，电机稳定运行时，电机相电流给定值is*和电机相电流有效值is完全相等。4.根据权利要求2所述的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲荣海，于子翔，孔武斌，李大伟，蒋栋，贾少锋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42