三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法技术方案

本发明专利技术公开一种三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法。所述方法为：以Buck‑Boost矩阵变换器逆变级中电感电流和电容电压为状态变量，建立其状态微分方程；根据上述BBMC逆变级的状态微分方程，得到其离散迭代映射模型；建立三相异步电机在两相静止坐标系上的状态微分方程，并根据该状态微分方程得到其离散迭代映射模型；根据上述BBMC逆变级的离散迭代映射模型和三相异步电机的离散迭代映射模型，得到基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型；根据上述基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型，通过数值仿真得到该调速系统实现稳定运行时其主电路参数的取值范围。

【技术实现步骤摘要】
三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法
本专利技术涉及三相异步电机调速领域，具体涉及一种三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法。
技术介绍
Buck-Boost矩阵变换器(BBMC)不仅保持了传统矩阵变换器输入电流正弦、输入功率因数可调、能实现四象限运行等电气特性，而且还具有输出电压和频率任意可调，且可直接输出高品质正弦波而无需滤波环节等特点，因而非常适于应用到异步电机变频调速系统中，尤其适于电网电压波动大的应用场合。然而由于BBMC逆变级属变结构强非线性系统，在一定条件下会产生分岔与混沌现象，从而导致变换器性能不稳定、振荡加剧及不规则电磁噪声过大等问题，不仅直接影响到变换器的运行质量和可靠性，而且严重影响了基于该变换器的异步电机调速系统的调速性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法，通过本专利技术可确定系统稳定运行时主电路参数的稳定域范围。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是包括以下步骤：(1)以BBMC逆变级中电感电流和电容电压为状态变量，建立其状态微分方程；(2)根据步骤(1)所得BBMC逆变级的状态微分方程，得到其离散迭代映射模型；(3)建立三相异步电机在两相静止坐标系上的状态微分方程；(4)根据步骤(3)所得三相异步电机的状态微分方程，得到其离散迭代映射模型；(5)根据步骤(2)所得BBMC逆变级离散迭代映射模型和步骤(4)所得三相异步电机离散迭代映射模型，得到基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型；(6)根据步骤(5)所得基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型，通过数值仿真得到该调速系统实现稳定运行时其主电路参数的取值范围。优选地，步骤(1)是以BBMC逆变级中A相电感电流和电容电压为状态变量，建立其状态微分方程，其它两相相同；当A相变换器中功率开关管导通时，其状态微分方程为：当A相变换器中功率开关管关断时，其状态微分方程为：其中：状态变量和分别表示A相变换器中电感电流和电容电压，和分别为状态变量和的微分，E为BBMC逆变级输入电压，iA为A相变换器输出电流，L和C分别为A相变换器中电感参数和电容参数。优选地，步骤(2)的具体操作如下：设A相变换器中电容参考电压为则得到A相变换器中电感参考电流为：根据式(1)-式(3)，得到A相变换器的离散迭代映射模型为：其中：和分别表示(n+1)T时刻A相变换器的电容电压和电感电流，表示nT时刻A相变换器输出电流，表示A相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的关断时间，表示A相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的导通时间，T为变换器中功率开关管的开关周期，为nT时刻A相变换器中的电感参考电流，MA、NA和ω均为中间变量，且和分别表示nT时刻A相变换器中的电容电压和电感电流。同理，可得BBMC逆变级中B、C两相变换器的离散迭代映射模型，故BBMC逆变级总的离散迭代映射模型为：其中：和分别表示(n+1)T时刻B相变换器的电容电压和电感电流，和分别表示(n+1)T时刻C相变换器的电容电压和电感电流，和分别表示nT时刻B相变换器和C相变换器的输出电流，和分别表示B相变换器功率开关管和C相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的关断时间，和分别表示B相变换器功率开关管和C相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的导通时间，和分别表示nT时刻B相变换器和C相变换器的电感参考电流，和分别表示B相变换器和C相变换器的电容参考电压，MB、NB、MC和NC均为中间变量,且和分别表示nT时刻B相变换器的电容电压和电感电流，和分别表示nT时刻C相变换器的电容电压和电感电流。优选地，步骤(3)建立三相异步电机在两相静止坐标系上的状态微分方程，具体为：其中：usα和usβ分别表示电机在两相静止坐标上的定子电压，isα和isβ分别表示电机在两相静止坐标上的定子电流，Ψrα和Ψrβ分别表示电机在两相静止坐标上的转子磁链，TL表示电机负载转矩，ωr表示电机转子的角速度，Ls、Lr、Lm、Rs、Rr、np和J分别表示电机定子自感、转子自感、定转子互感、定子电阻、转子电阻、极对数和转动惯量，表示电机漏磁系数，Tr＝Lr/Rr表示转子电磁时间常数。优选地，步骤(4)的具体操作为：采用Runge-Kutta法对式(6)所示状态微分方程进行离散化，得：其中：为(n+1)T时刻的状态向量，为nT时刻的状态向量，K1、K2、K3和K4均为中间变量，且K1＝f(xn,yn)，K4＝f(xn+TK0,yn+TK3)，usα(n)和usβ(n)分别表示nT时刻电机在两相静止坐标上的定子电压，isα(n)和isβ(n)分别表示nT时刻电机在两相静止坐标上的定子电流，Ψrα(n)和Ψrβ(n)分别表示nT时刻在两相静止坐标上的转子磁链，ωr(n)表示nT时刻电机转子的角速度。优选地，步骤(5)根据步骤(2)所得BBMC逆变级的离散迭代映射模型及步骤(4)所得三相异步电机的离散迭代映射模型，得到基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型，具体为：根据式(5)、式(7)和三相静止坐标系与两相静止坐标系的变换公式可得基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型：优选地，步骤(6)根据步骤(5)所得基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型，通过数值仿真得到该调速系统实现稳定运行时主电路参数的取值范围。更优选地，步骤(6)具体包括如下步骤：步骤A1：设置系统参数，包括：电机定子自感Ls、转子自感Lr、定转子互感Lm、定子电阻Rs、转子电阻Rr、极对数np、转动惯量J、负载转矩TL、功率开关管的开关周期T，最大迭代次数N，BBMC电容参考电压电容参考电压周期T0(且满足T0＝kT，k为正整数)，变化参数增量ΔX，最大偏差ε，计数变量q的初值为0。步骤A2：首先令主电路电感L为变化参数X，其初值设为0，电容C保持不变；步骤A3：通过式(8)计算(n+1)T时刻的状态变量和步骤A4：判断此时和是否同时满足和若是，则系统处于稳定状态，执行步骤A7；否则，执行步骤A5；步骤A5：判断迭代次数n是否大于N，若是，则执行步骤A6；否则，迭代次数n加1，并返回步骤A3；步骤A6：变化参数X加ΔX，迭代次数n归1，返回步骤A3；步骤A7：令此时对应的变化参数值X为该参数稳定域的下限值，即：Xmin＝X；步骤A8：变化参数X依次递增ΔX，每次递增后均根据步骤A3～步骤A4所述方法判断系统是否稳定运行，若是则继续递增，直到系统不能稳定运行为止，则令此时对应的变化参数值X为该参数稳定域的上限值，即：Xmax＝X；步骤A9：判断此时计数变量q是否等于1，若是则执行步骤A12，否则执行步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)以BBMC逆变级中电感电流和电容电压为状态变量，建立其状态微分方程；/n(2)根据步骤(1)所得BBMC逆变级的状态微分方程，得到其离散迭代映射模型；/n(3)建立三相异步电机在两相静止坐标系上的状态微分方程；/n(4)根据步骤(3)所得三相异步电机的状态微分方程，得到其离散迭代映射模型；/n(5)根据步骤(2)所得BBMC逆变级的离散迭代映射模型和步骤(4)所得三相异步电机的离散迭代映射模型，得到基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型；/n(6)根据步骤(5)所得基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型，通过数值仿真得到三相异步电机调速系统稳定运行时的主电路参数的取值范围。/n

【技术特征摘要】
1.一种三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以BBMC逆变级中电感电流和电容电压为状态变量，建立其状态微分方程；
(2)根据步骤(1)所得BBMC逆变级的状态微分方程，得到其离散迭代映射模型；
(3)建立三相异步电机在两相静止坐标系上的状态微分方程；
(4)根据步骤(3)所得三相异步电机的状态微分方程，得到其离散迭代映射模型；
(5)根据步骤(2)所得BBMC逆变级的离散迭代映射模型和步骤(4)所得三相异步电机的离散迭代映射模型，得到基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型；
(6)根据步骤(5)所得基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型，通过数值仿真得到三相异步电机调速系统稳定运行时的主电路参数的取值范围。


2.根据权利要求1所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体步骤为：
以BBMC逆变级中A相电感电流和电容电压为状态变量，建立其状态微分方程，其它两相相同；当A相变换器中功率开关管导通时，其状态微分方程为：



当A相变换器中功率开关管关断时，其状态微分方程为：



其中：状态变量和分别表示A相变换器中电感电流和电容电压，和分别为状态变量和的微分，E为BBMC逆变级输入电压，iA为A相变换器输出电流，L和C分别为A相变换器中电感参数和电容参数。


3.根据权利要求2所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体步骤为：
设A相变换器中电容参考电压为则得到A相变换器中电感参考电流为：



根据式(1)-式(3)，得到A相变换器的离散迭代映射模型为：



其中：和分别表示(n+1)T时刻A相变换器的电容电压和电感电流，表示nT时刻A相变换器输出电流，表示A相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的关断时间，表示A相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的导通时间，T为变换器中功率开关管的开关周期，为nT时刻A相变换器中的电感参考电流，MA、NA和ω均为中间变量，且和分别表示nT时刻A相变换器中的电容电压和电感电流；
同理，可得BBMC逆变级中B、C两相变换器的离散迭代映射模型，故BBMC逆变级总的离散迭代映射模型为：



其中：和分别表示(n+1)T时刻B相变换器的电容电压和电感电流，和分别表示(n+1)T时刻C相变换器的电容电压和电感电流，和分别表示nT时刻B相变换器和C相变换器的输出电流，和分别表示B相变换器功率开关管和C相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的关断时间，和分别表示B相变换器功率开关管和C相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的导通时间，和分别表示nT时刻B相变换器和C相变换器的电感参考电流，和分别表示B相变换器和C相变换器的电容参考电压，MB、NB、MC和NC均为中间变量,且和分别表示nT时刻B相变换器的电容电压和电感电流，和分别表示nT时刻C相变换器的电容电压和电感电流。


4.根据权利要求3所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体步骤为：



其中：usα和usβ分别表示电机在两相静止坐标上的定子电压，isα和isβ分别表示电机在两相静止坐标上的定子电流，Ψrα和Ψrβ分别表示电机在两相静止坐标上的转...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小平，张瑞瑞，严颖，陈娟，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43