减小永磁同步电机变频器直流母线电压纹波幅值的方法技术

为了解决现有技术中加入转矩前馈补偿引起电解电容的纹波电流增大而导致的电容发热的问题，本发明专利技术提供一种减小永磁同步电机变频器直流母线电压纹波幅值的方法，根据压缩机转矩前馈补偿的特点，在低速运行区域某些特定的频率节点上，在对转矩电流实施前馈补偿控制的同时对转矩电流进行锁相环控制，使转矩电流波峰与输入交流电源过零点之间存在一个固定的相位角，控制系统中电流环采用PI调节控制，补偿后的转矩电流

A method to reduce the amplitude of DC bus voltage ripple of PMSM inverter

【技术实现步骤摘要】
减小永磁同步电机变频器直流母线电压纹波幅值的方法
本专利技术涉及电机控制
，具体为一种抑制低速运行永磁同步电机变频器母线电压纹波的方法，尤其适应于单转子压缩机变频空调中永磁同步电机的低速运行情况。
技术介绍
永磁同步电机具有结构简单、功率密度高、效率高、调速范围宽等优点，目前已被广泛应用于变频空调领域。单转子压缩机由于成本最低、效率高目前被广泛采用于家用变频空调中，然而单转子压缩机中永磁电机通过偏心曲轴带动滚子压缩冷媒，压缩机负载转矩周期波动，在低速情况下这种负载转矩周期波动将导致空调室外机的剧烈振动。现有技术在低速运行区域加入了转矩前馈补偿，以抑制负载转矩周期波动引起的压缩机转速波动和室外机振动。变频空调的室外机控制器大多采用交-直-交拓扑电路，直流侧使用电解电容来稳定直流母线电压。然而现有技术存在如下问题：在变频空调低速运行区域加入了转矩前馈补偿可以抑制室外机振动，却增大了直流母线电压纹波。直流母线电压纹波增大将导致电解电容的纹波电流增大，引起电容发热，更严重的可能影响电容使用寿命和变频器的可靠性。
技术实现思路
为了解决现有技术中加入转矩前馈补偿引起电解电容的纹波电流增大而导致的电容发热的问题，本专利技术提供一种减小永磁同步电机变频器直流母线电压纹波幅值的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种减小永磁同步电机变频器直流母线电压纹波幅值的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1：通过采样测量到永磁同步电机定子相电流iu、iv，通过计算获得第三路定子电流iw＝-iu-iv；S2：通过位置传感器或无位置传感器算法得到永磁同步电机转子位置的机械角度θ，对θ进行微分得到该永磁同步电机的机械角速度ωr＝dθ/dt；S3：将S1步骤得到的定子电流iu、iv、iw经过Clarke变换和PARK变换得到定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；S4：根据特定的频率节点fN，设定永磁同步电机的运行速度为ωset＝2πfN，控制系统中速度调节采用PI控制，给定转速ωset作为速度环输入，速度环的输出为S5：根据所设定运行速度ωset，获得前馈补偿电流；S6：对交流输入电源进行过零检测获得交流输入电源过零信号；S7：根据S6步骤获得的交流输入电源过零信号，对转矩电流iq通过锁相环控制系统进行锁相环控制，使iq的波峰与输入交流电源过零点之间存在一个固定的相位角θPLL，锁相环的输出为ωPLL；S8：将S7步骤中的锁相环控制系统的输出为ωPLL与设定运行速度ωset相加作为速度环的输入；S9：将S7步骤中的锁相环控制系统中电流环采用PI调节控制，补偿后的转矩电流作为q轴电流环的输入量，d轴电流环的输入量S3步骤获得的id、iq为电流环的反馈，电流环的输出作为dq坐标系的电压分量Vd、Vq；S10：将S9步骤所述的电压分量的Vd、Vq通过PARK逆变换计算出αβ坐标系的电压分量Vα、Vβ；S11：电压分量Vα、Vβ通过SVPWM计算功率模块中六个功率管导通的占空比，形成六路PWM信号；S12：将S11步骤所述的六路PWM信号控制三相功率模块驱动永磁同步电机工作，达到抑制永磁同步电机变频器母线电压纹波的目的。其中，所述步骤(4)中fN的取值规律是：当输入交流电源频率为f时，fN可选择或或中的一个值。其中，前馈补偿电流的获得方法是：式中iq_Amp为前馈补偿电流幅值、θq_comp为前馈补偿角度、iq_comp为前馈补偿电流、为速度环输出的转矩电流，为补偿后的转矩电流；ωset为给定转速。有益效果：本专利技术针对永磁同步电机低速运行在特定的频率节点，对转矩电流实施前馈补偿控制的同时对转矩电流进行锁相环控制，使转矩电流波峰与输入交流电源过零点之间存在一个固定的相位角，从而有效减小直流母线电压纹波幅值，能够有效减小直流母线电压纹波幅值。附图说明图1永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统框图。图2单转子压缩机负载转矩曲线。图3a转矩电流iq的仿真波形。图3b为全波整流输出电压|Vac|的仿真波形。图3c为直流母线电压VPN的仿真波形。图4a为锁相稳定前的过零点信号的相位图。图4b为锁相稳定前的iq的相位图。图5a为锁相稳定后的过零点信号的相位图。图5b为锁相稳定后的iq的相位图。其中，图3a、3b以及3c以横轴(时间轴)为基准对齐形成图3。其中，图4a和图4b以横轴(时间轴)为基准对齐形成图4。其中，图5a和图5b以横轴(时间轴)为基准对齐形成图5。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术根据压缩机转矩前馈补偿的特点，在低速运行区域某些特定的频率节点上，在对转矩电流实施前馈补偿控制的同时对转矩电流进行锁相环控制，使转矩电流波峰与输入交流电源过零点之间存在一个固定的相位角，从而有效减小直流母线电压纹波幅值。本专利技术在Matlab/Simulink平台上搭建了图1三相永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的仿真模型。永磁电机的参数为：极对数pn＝3；定子电阻Rs＝1.7Ω；定子直轴电感Ld＝8.9mH；交轴电感Lq＝12.m7H；反电势系数ke＝46.8V/krpm；转子转动惯量J＝7.6*10-4kg*m2；交流输入电压为220V，输入电压频率f＝50Hz，整流桥后的电解电容大小为680μF。具体的步骤如下：步骤1：通过采样测量到电机并联的定子相电流iu、iv，通过计算获得第三路定子电流iw＝-iu-iv；步骤2：通过位置传感器或无位置传感器算法得到电机转子位置的机械角度θ，对θ进行微分得到电机的机械角速度ωr＝dθ/dt；步骤3：将定子电流iu、iv、iw经过进行Clarke变换和PARK变换得到定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；步骤4：因为输入电压频率f＝50Hz，选择压缩机的给定运行速度为ωset＝50πrad/s。，设定压缩机的运行速度为ωset＝2πfN，控制系统中速度调节采用PI控制，给定转速ωset作为速度环输入，速度环的输出为步骤5：为了抑制负载转矩波动引起的转速波动，本专利技术对转矩电流实施了前馈补偿控制，转速为50πrad/s对应的补偿幅度iq_Amp＝4A、补偿角度θq_comp＝121.5°机械角。步骤6：对交流输入电源进行过零检测；步骤7：根据交流输入电源过零信号，对转矩电流iq进行锁相环控制，使iq的波峰与输入交流电源过零点之间存在一个固定的相位角θPLL，锁相环的输出为ωPLL；步骤8：锁相环的输出为ωPLL与设定运行速度ωset相加作为速度环的输入；步骤9：控制系统中电流环采用PI调节控制，补偿后的转矩电流作为q轴电流环的输入量，d轴电流环的输入量id、iq为电流环的反馈，电流环的输出作为dq本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减小永磁同步电机变频器直流母线电压纹波幅值的方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：通过采样测量到永磁同步电机定子相电流i

【技术特征摘要】
1.一种减小永磁同步电机变频器直流母线电压纹波幅值的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过采样测量到永磁同步电机定子相电流iu、iv，通过计算获得第三路定子电流iw＝-iu-iv；
S2：通过位置传感器或无位置传感器算法得到永磁同步电机转子位置的机械角度θ，对θ进行微分得到该永磁同步电机的机械角速度ωr＝dθ/dt；
S3：将S1步骤得到的定子电流iu、iv、iw经过Clarke变换和PARK变换得到定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；
S4：根据特定的频率节点fN，设定永磁同步电机的运行速度为ωset＝2πfN，控制系统中速度调节采用PI控制，给定转速ωset作为速度环输入，速度环的输出为
S5：根据所设定运行速度ωset，获得前馈补偿电流；
步骤S5中前馈补偿电流的获得方法是：

式中iq_Amp为前馈补偿电流幅值、θq_comp为前馈补偿角度、iq_comp为前馈补偿电流、为速度环输出的转矩电流，为补偿后的转矩电流；ωset为给定转速。
S6：对交流输入电源进行过零检测获得交流输入电源过零信号；
S7：根据S6步骤获得的交流...

【专利技术属性】
技术研发人员：童怀，陈新，陈新度，黄运保，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44