一种抑制零序电流的少稀土永磁电机驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及永磁电机控制领域，公开了一种抑制零序电流的少稀土永磁电机控制系统，包括两电平逆变器I、两电平逆变器II、绕组开放式少稀土永磁无刷电机、供电电源、电机控制器、位置传感器、电流传感器以及电压传感器；其中，所述电机控制器包括位置及速度计算模块、abc/dq0模块、dq0/αβ0模块、无共模电压SVPWM模块、转速调节模块、d轴电流调节模块、q轴电流调节模块、混合控制器模块。与现有技术相比，本发明专利技术能够缓解少稀土永磁电机抗不可逆去磁能力弱的缺点，降低电机对稀土材料的依赖，且有效抑制零序电流，从而获得正弦的三相对称相电流，使得电机能够获得理想的电流波形。

A rare earth permanent magnet motor drive system with zero sequence current suppression

The invention relates to the field of permanent magnet motor control, and discloses a rare earth permanent magnet motor control system for suppressing zero sequence current, including two-level inverter I, two-level inverter II, winding open rare earth permanent magnet brushless motor, power supply, motor controller, position sensor, current sensor and voltage sensor; wherein, the motor controller includes position and speed Degree calculation module, ABC / D Q 0 module, dq0 / \u03b1 \u03b2 0 module, no common mode voltage SVPWM module, speed regulation module, d-axis current regulation module, q-axis current regulation module, hybrid controller module. Compared with the prior art, the invention can alleviate the weak anti irreversible demagnetization ability of the rare earth permanent magnet motor, reduce the dependence of the motor on the rare earth material, and effectively suppress the zero sequence current, so as to obtain the sinusoidal three-phase symmetrical phase current, so that the motor can obtain the ideal current waveform.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制零序电流的少稀土永磁电机驱动系统
本专利技术涉及永磁电机控制领域，特别涉及一种抑制零序电流的少稀土永磁电机控制系统。
技术介绍
永磁电机具有体积小、效率高、便于维护以及对环境适应性强等优点，在许多高性能驱动领域中得到广泛的应用。车用驱动电机作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一，其驱动性能的优劣直接影响混合动力汽车、电动汽车的整车性能。传统的车用驱动电机主要采用内置式稀土永磁无刷电机，具有高效率、高功率密度等优势。近年来随着稀土材料价格的上涨、稀土资源日益稀缺，发展铝镍钴、铁氧体等少稀土、非稀土材料的永磁无刷电机，以缓解对稀土材料的依赖，对电动汽车、混合动力汽车等需要大量永磁无刷电机的领域具有战略意义。然而少稀土电机中加入的铁氧体材料由于矫顽力低，抗不可逆去磁能力弱，使用弱磁控制提高转速范围的风险更大。因而寻求一种可消除或缓解少稀土永磁无刷电机不可逆退磁风险，同时拓宽电机转速范围的控制策略，成为发展电动汽车用少稀土、非稀土电机亟待解决的问题。随着TakahashiI首次提出绕组开放式异步电机结构，绕组开放式拓扑在感应电机、永磁无刷电机领域得到关注与应用。绕组开放式结构是将电机中性点打开，两端各接一个逆变器。相较于传统的中性点连接的拓扑结构，在同样的直流供电电压条件下，绕组开放式拓扑可以获得更大的电压矢量，因而可以有效拓宽电机转速运行范围，具有电压利用率高、器件承受电压低、输出电压波形好、输出谐波小等优势。因此针对使用铁氧体与钕铁硼组合励磁的少稀土永磁无刷电机，使用绕组开放式拓扑可以延缓少稀土永磁电机进入弱磁区，有效缓解少稀土电机抗不可逆去磁能力弱的缺点，很有研究意义。绕组开放式拓扑由于绕组两端各接一个逆变器，可以采用给两个逆变器独立供电的方案。然而独立供电需要更多的硬件成本和更大的体积，不符合电动汽车布局紧凑、低成本高性能的要求，因而本专利技术使用单一直流电源同时给两个逆变器供电的结构。少稀土组合励磁永磁无刷电机由于采用钕铁硼和铁氧体组合励磁，大大增加了磁路设计的难度，同时受限于加工工艺，电机旋转产生的相电势中不可避免产生3、9次谐波。使用单直流源供电的绕组开放式拓扑时，3、9次谐波将无法在电机系统内部消除而留在电机驱动系统中，产生的零序电流会造成电机振动，甚至损坏电机。因此，如何有效抑制零序电流，从而获得正弦的三相对称相电流，成为发展绕组开放式少稀土永磁无刷电机急需解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种能够拓宽少稀土永磁无刷电机转速运行范围的绕组开放式电机驱动系统，从而能够缓解少稀土永磁电机抗不可逆去磁能力弱的缺点，降低电机对稀土材料的依赖。针对单直流电源供电的绕组开放式少稀土永磁无刷电机存在的零序电流问题，提出一种抑制零序电流的永磁电机驱动系统，使得电机能够获得理想的电流波形。技术方案：本专利技术提供了一种抑制零序电流的少稀土永磁电机控制系统，包括两电平逆变器I、两电平逆变器II、绕组开放式少稀土永磁无刷电机、供电电源、电机控制器、位置传感器、电流传感器以及电压传感器，所述电机控制器分别通过位置传感器、电流传感器与绕组开放式少稀土永磁无刷电机连接，所述供电电源电压输出端通过电压传感器与所述电机控制器连接，所述电机控制器的信号输出端与所述两电平逆变器I、两电平逆变器II的输入端连接，所述两电平逆变器I、两电平逆变器II的输出端均与所述绕组开放式少稀土永磁无刷电机连接；其中，所述电机控制器包括位置及速度计算模块、abc/dq0模块、dq0/αβ0模块、无共模电压SVPWM模块、转速调节模块、d轴电流调节模块、q轴电流调节模块与混合控制器模块，所述混合控制器模块包比例环节与二阶广义积分器，所述二阶广义积分器用于调节零序谐波分量，所述比例环节用于提高零序电流抑制方法的动态响应。进一步地，所述供电电源为直流供电电源，与所述两电平逆变器I、两电平逆变器II分别电性连接，同时为两电平逆变器I、两电平逆变器II供电。进一步地，所述两电平逆变器I与两电平逆变器II均为三桥臂结构，每桥臂由两个IGBT开关器件及分别与其并联的反向二极管组成，所述绕组开放式少稀土永磁无刷电机的6个接线端子分别与所述两电平逆变器I与两电平逆变器II的6个桥臂的输出端连接。进一步地，所述电机控制器将位置传感器输出的位置信号、电流传感器检测的三相相电流、电压传感器检测的母线电压作为输入端，并通过电机控制器合成12路PWM信号，其分别与两电平逆变器I、两电平逆变器II的12个IGBT开关器件信号连接。进一步地，所述电流传感器输出端与所述abc/dq0模块输入端连接，所述abc/dq0模块输出端分别与d轴电流调节模块、q轴电流调节模块、混合控制器模块输入端连接；所述电压传感器输出端分别与所述d轴电流调节模块、q轴电流调节模块输入端连接；所述转速调节模块与所述q轴电流调节模块输入端连接；所述位置传感器输出端与位置及速度计算模块输入端连接，所述位置及速度计算模块输出端分别与转速调节模块、混合控制器模块、dq0/αβ0模块输入端连接；所述dq0/αβ0模块输出端与无共模电压SVPWM模块输入端连接，所述无共模电压SVPWM模块的信号输出端分别与两电平逆变器I、两电平逆变器II的输入端连接。有益效果：1、本专利技术采用绕组开放式电路拓扑，可以在相同的直流电源条件下获得三电平的调制效果，多电平效果可以提高电压利用率、减小输出电压谐波，且与传统的中点钳位型三电平逆变器相比，没有后者存在的中点电压波动问题；在此基础上，绕组开放式结构还可以拓宽电机转速运行范围，特别适合运用于电动汽车领域的少稀土永磁无刷电机，能够延缓少稀土永磁电机进入弱磁区，降低少稀土永磁电机发生不可逆退磁的风险，实现宽调速运行的目的。2、本专利技术采用的绕组开放式硬件拓扑，需要协调控制两个标准两电平逆变器同时工作。采用不产生零序电压的SVPWM调制策略，在任意时刻两个逆变器产生的电压矢量都不会产生共模电压，减小了调制方式对电机造成的影响；同时协调两个逆变器的开关顺序，最大化的降低开关器件的开关损耗，从而延长电机系统的使用寿命。3、本专利技术针对绕组开放式少稀土永磁无刷电机，由于电机设计难度及加工误差等原因造成的电机相反电动势3次谐波，在矢量控制策略的基础上提出零序谐波电流抑制算法，通过将比例积分调节器中的积分环节替换为二阶广义积分器，构成混合控制器，可形成零序电流闭环回路，控制器在零序回路产生零序补偿电压u0*补偿反电势3次谐波，达到对零序电流进行实时闭环调节的目的。在SVPWM调制策略不产生共模电压的基础上，消除反电势零序谐波对电机相电流造成的影响。这种抑制策略调节器结构简单，降低了算法实施的难度，不需要通过增加硬件来抑制零序电流谐波，节约了硬件成本。4、本专利技术采用单直流电源供电的绕组开放式电路拓扑，可以节约两条供电母线及一侧逆变器的稳压电解电容，减小电机驱动系统体积及系统成本的同时，提高系统的运行可靠性。5、本专利技术使用的绕组开放式拓扑结构，在SVPWM调制策略下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制零序电流的少稀土永磁电机控制系统，其特征在于，包括两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)、绕组开放式少稀土永磁无刷电机(3)、供电电源(4)、电机控制器(5)、位置传感器(6)、电流传感器(7)以及电压传感器(8)，所述电机控制器(5)分别通过位置传感器(6)、电流传感器(7)与绕组开放式少稀土永磁无刷电机(3)连接，所述供电电源(4)电压输出端通过电压传感器(8)与所述电机控制器(5)连接，所述电机控制器(5)的信号输出端与所述两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)连接，所述两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)的输出端均与所述绕组开放式少稀土永磁无刷电机(3)连接；/n其中，所述电机控制器(5)包括位置及速度计算模块(9)、abc/dq0模块(10)、dq0/αβ0模块(14)、无共模电压SVPWM模块(15)、转速调节模块(11)、d轴电流调节模块(13)、q轴电流调节模块(12)与混合控制器模块(16)，所述混合控制器模块(16)包括比例环节与二阶广义积分器，所述二阶广义积分器用于调节零序谐波分量，所述比例环节用于提高零序电流抑制方法的动态响应。/n...

【技术特征摘要】
1.一种抑制零序电流的少稀土永磁电机控制系统，其特征在于，包括两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)、绕组开放式少稀土永磁无刷电机(3)、供电电源(4)、电机控制器(5)、位置传感器(6)、电流传感器(7)以及电压传感器(8)，所述电机控制器(5)分别通过位置传感器(6)、电流传感器(7)与绕组开放式少稀土永磁无刷电机(3)连接，所述供电电源(4)电压输出端通过电压传感器(8)与所述电机控制器(5)连接，所述电机控制器(5)的信号输出端与所述两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)连接，所述两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)的输出端均与所述绕组开放式少稀土永磁无刷电机(3)连接；
其中，所述电机控制器(5)包括位置及速度计算模块(9)、abc/dq0模块(10)、dq0/αβ0模块(14)、无共模电压SVPWM模块(15)、转速调节模块(11)、d轴电流调节模块(13)、q轴电流调节模块(12)与混合控制器模块(16)，所述混合控制器模块(16)包括比例环节与二阶广义积分器，所述二阶广义积分器用于调节零序谐波分量，所述比例环节用于提高零序电流抑制方法的动态响应。


2.根据权利要求1所述的一种抑制零序电流的少稀土永磁电机控制系统，其特征在于，所述供电电源(4)为直流供电电源，与所述两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)输入端分别电性连接，同时为两电平逆变器I(1)、两电平逆变器II(2)供电。


3.根据权利要求1所述的一种抑制零序电流的少稀土永磁电机控制系统，其特征在于，所述两电平逆变器I(1)与两电平逆变器II(2)均为三桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁庆，张涛，莫丽红，王业琴，赵环宇，张晨，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32