一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法，PWM整流器采用双闭环矢量控制，外环为电压环，内环为电流环。在矢量控制作用前，PWM整流器未使能时，永磁电机输出的三相电压通过三相桥式不控整流以及电容滤波后输出电压u

A method for suppressing the starting impulse current of three-phase voltage source PWM rectifier in permanent magnet motor controlled power generation system

【技术实现步骤摘要】
一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法
本专利技术涉及一种发电系统，尤其涉及一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法。
技术介绍
永磁发电机转子采用永磁体进行励磁，省去了电刷和集电环，其重量和体积都大大降低，而转子只有永磁体，没有转子铜耗，损耗主要集中于定子，散热容易，具有效率高、功率密度高的优点，因而永磁电机在变速发电系统中具有很大的优势。永磁发电机发出的电为交流电，其输出电压大小以及频率会随着发电机转速大小的变化而变化，因此需要在发电机的输出端增加电力电子整流装置，使变速永磁电机发电系统的输出电压保持稳定。PWM整流器采用全控型功率器件，能够对整流器输入电压进行控制，具有交流侧输入电流谐波分量小、功率因数可调、直流侧电压动态响应快、能量可双向流动的优点，因此永磁发电机结合PWM整流器在特种车辆供电、船舶供电、混合动力汽车、新能源发电等领域具有广泛应用。永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器在启动时，整流器工作在不控整流状态，此时的直流侧输出电压和电机端电压呈线性关系；当三相电压型PWM整流器工作在正常状态时，由于PWM整流器直流侧电容的存在，直流侧电压不能突变，在整流器启动时，直流侧反馈电压小于直流侧电压指令值，电压控制器饱和输出，有功电流达到最大值，导致电机的转矩电流iq很快增加，从而使电机绕组中产生很大的冲击电流以及直流侧电压的过冲，以至于破坏电机绕组绝缘，损坏开关器件。部分冲击电流抑制方法是在启动过程中通过增大无功电流，减小有功电流实现的，在整流器稳定工作后，再将无功电流控制为零。该方法改变了电机绕组相电流的相位，未改变相电流幅值，因此该方法能够抑制整流器启动过程中直流侧电压的过冲，但不能抑制电机绕组相电流的冲击。另一种方法是在直流侧并联一启动电阻，来抑制启动过程中直流侧电容的充电电流，从而抑制直流侧电压过冲以及绕组相电流过冲，但该方法属于无源阻尼法，会增加额外的损耗。还有一种方法是在电流反馈环节上加上高通滤波器，将有功电流的波动补偿到内环电流环，从而减缓有功电流的波动，减小启动冲击电流和直流侧电压过冲，该方法简单有效，但缺点是高通滤波器的加入会降低发电系统的动态性能。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法，克服现有技术所存在的永磁电机可控发电系统PWM整流器从不控整流到可控整流转换时电机绕组相电流过冲以及直流侧电压过冲问题。技术方案：一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法，三相电压型PWM整流器采用双闭环矢量控制，外环为电压环，内环为电流环；在矢量控制作用前，三相电压型PWM整流器未使能时，永磁电机输出的三相电压通过三相桥式不控整流以及电容滤波后输出电压u0；当三相电压型PWM整流器使能时，将直流侧电压指令udcref经过电压指令斜坡函数处理后输出实际参与电压闭环运算的直流侧电压指令值udcref’，所述实际参与电压闭环的直流侧电压指令值udcref’以所述电压u0为初值，经过时间t0后上升到udcref。进一步的，所述电压指令斜坡函数为其中t为时间变量。进一步的，所述双闭环矢量控制具体为：通过电压传感器实时检测到的直流侧电压与所述实际参与电压闭环的直流侧电压指令值udcref’相比较，经过电压控制器，产生转矩电流指令值，励磁电流指令值则为零；通过电流传感器检测得到三相电枢电流，并经过坐标变换得到励磁电流和转矩电流反馈值；电流反馈值和电流指令值进行比较，差值经过电流控制器，从而产生电机电压指令值；电压指令值经过前馈解耦以及空间电压矢量调制，产生三相电压型PWM整流器的开关管开关信号。有益效果：永磁电机结合三相电压型PWM可控整流器能够输出稳定的直流电压，在车载发电系统以及航空电源系统中具有广泛的应用前景。通常采用双闭环控制策略，即外环电压环，内环电流环，通过空间电压矢量调制控制开关管的导通和关断，从而实现直流侧电容的充放电，维持直流侧输出电压的稳定。然而，在三相桥臂开关管动作前，发电系统是工作在不控整流状态的，此时直流侧输出电压和电机绕组端电压呈一定的函数关系，当发电系统从不控整流转换到可控整流状态时，由于电压指令值的突加以及外环电压的调节，会产生较大的转矩电流指令值，从而造成大的冲击电流以及直流侧电压过冲，以至于破坏电机绕组绝缘层，损坏开关器件。本专利技术将直流侧电压指令值进行了斜坡处理，使实际参与电压调节的指令值按照一定的斜率上升到最终值，并且该斜坡的初始值为当前不控整流输出的直流侧电压值，可以有效减小永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动时的三相绕组电流冲击和直流侧的电压冲击，从而降低电力电子器件的容量要求，该方法具有结构简单，易于数字化实现的优点。附图说明图1为本专利技术的永磁电机可控发电系统框图；图2为三相PWM整流器从不控转为可控时的直流母线侧电压；图3为前馈解耦结构框图；图4为具有抗饱和功能的PI调节器结构框图；图中标号说明：T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8为带有反并联二极管的开关管，C为直流侧滤波电容，Ha、Hb、Hc为三相霍尔电流传感器。ia、ib、ic为三相电枢电流，θ为转子位置角，ωe为转子电角速度，udcfdb为直流侧电压反馈值，udcref’为实际参与电压闭环的直流侧电压指令值，udcref为接收到的直流侧电压指令值。iq、id为三相绕组中的交、直轴电流，iqref、idref为交、直轴电流指令值。uq、ud为三相绕组的交、直轴电压指令值，分别为交、直轴电流控制器的输出电压。Ld、Lq分别为d、q轴电感，ψf为永磁磁链幅值。Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，Kc为抗饱和系数，pierr为PI调节器的输入，piout为PI调节器的输出。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。本实施例的一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法，其结构如图1所示，包括：永磁发电机、PWM整流器、实时采集永磁发电机转子位置信号的旋转变压器、解码电路、采集电机三相电枢绕组电流的电流传感器、采集直流侧电压的电压传感器以及电气负载。该永磁电机三相绕组采用星形连接，电枢绕组输出端连接至三相电压型PWM整流器，三相电压型PWM整流器括开关管T1～T6，输出端并联滤波电容C。电气负载分别连接至直流母线的正端和负端，正常发电时，三相电压型PWM整流器的直流输出端向电气负载供电。霍尔电流传感器Ha～Hc检测永磁电机三相绕组电流ia～ic，通过旋转变压器获得永磁电机转子位置信号，电压传感器检测直流母线侧电压udcfdb，用于电压闭环控制。三相电压型PWM整流器采用双闭环矢量控制，外环为电压环，内环为电流环。在矢量控制作用前，三相电压型PWM整流器未使能时，即未启动，此时开关管不工作，永磁电机输出的三相电压通过三相桥式不控整流以及电容滤波后，使得三相电压型PWM整流器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法，其特征在于：三相电压型PWM整流器采用双闭环矢量控制，外环为电压环，内环为电流环；在矢量控制作用前，三相电压型PWM整流器未使能时，永磁电机输出的三相电压通过三相桥式不控整流以及电容滤波后输出电压u

【技术特征摘要】
1.一种永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法，其特征在于：三相电压型PWM整流器采用双闭环矢量控制，外环为电压环，内环为电流环；在矢量控制作用前，三相电压型PWM整流器未使能时，永磁电机输出的三相电压通过三相桥式不控整流以及电容滤波后输出电压u0；当三相电压型PWM整流器使能时，将直流侧电压指令udcref经过电压指令斜坡函数处理后输出实际参与电压闭环运算的直流侧电压指令值udcref’，所述实际参与电压闭环的直流侧电压指令值udcref’以所述电压u0为初值，经过时间t0后上升到udcref。


2.根据权利要求1所述的永磁电机可控发电系统三相电压型PWM整流器启动冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建斌，耿伟伟，阮立刚，施刚，
申请(专利权)人：江苏迈吉易威电动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32