一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法，包括如下步骤：对定子电流注入的三、五、七次谐波电流的幅值进行优比，在相电流幅值一定的情况下，实现输出双三相电机的转矩最大化；对双三相电机的三次谐波电流的流通回路进行构建；对驱动系统中的三、五、七次谐波电流的幅值和相位进行有效控制，将双三相电机两空间矢量控制策略扩展到零序子空间，实现三空间矢量的闭环控制。本发明专利技术采用转速外环电流内环的控制结构，

A control method of multi harmonic current co injection for dual three phase permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法
本专利技术涉及多相永磁同步电机驱动控制领域，尤其是一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法。
技术介绍
目前，利用谐波电流提升多相电机输出转矩已经引起了国内外学者的广泛关注。现有的研究成果已经分析了双三相永磁电机的绕组结构、极槽配合对三次谐波电流提升转矩密度的影响，从理论上揭示了双三相永磁电机中的三次谐波随电机输出转矩的变化规律，得出了对于整数槽分布绕组的双三相永磁同步电机电机，通过在定子电流中注入特定比例的三次谐波，削平相电流的峰值，使其呈平顶波分布，能够在有效地提升系统的转矩密度的同时还不会引起额外的转矩脉动。但是双三相永磁同步电机由两套偏移30°电角度的三相基础绕组构成，三次谐波电流是无法在三相绕组中流通的，因此三次谐波电流注入技术还没有在双三相电机系统中得到应用。双三相永磁同步电机从内部看是对称的十二相电机，最低的谐波磁动势为十一次和十三次，最低的转矩脉动是十二次，因此除了三次谐波磁动势外，还可以利用五次和七次谐波磁动势来提升电机的输出转矩。相比于三次谐波电流注入技术，五、七次谐波电流注入具有控制简单、易于实现的优点，但其对双三相电机转矩改善的效果并不理想。现有的各种双三相永磁同步电机谐波电流注入策略都有其自身的优缺点。三次谐波电流注入虽然能使电机的基波电流产生的输出转矩提升15.4％，但是为了构建三次谐波电流的流通回路，需要将两套绕组的中性点连接至母线电容中点，并分别检测两套绕组的中性点电流，就行闭环控制。目前仅有一篇文献利用电流源逆变器实现了双三相电机三次谐波电流的注入控制，该控制策略对电压源逆变器并不适用，实现较为复杂。此外，三次谐波电流注入提升转矩的策略忽略了双三相系统中的五、七次谐波，存在对电机的自由度利用不足的缺点。五、七次谐波电流注入提升转矩控制策略虽然易于实现，但是其仅能使基波电流产生的输出转矩提升7.7％，而且还会引起十二次的转矩脉动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法，在相电流幅值不变的情况下，可以使电机的输出转矩至少提升23％，极大程度的改善了双三相电机的转矩密度。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法，包括如下步骤：(1)对定子电流注入的三、五、七次谐波电流的幅值进行优比，在相电流幅值一定的情况下，实现输出双三相电机的转矩最大化；(2)对双三相电机的三次谐波电流的流通回路进行构建；(3)对驱动系统中的三、五、七次谐波电流的幅值和相位进行有效控制，将双三相电机两空间矢量控制策略扩展到零序子空间，实现三空间矢量的闭环控制。优选的，步骤(1)中，对定子电流注入的三、五、七次谐波电流的幅值得出最优比，在相电流幅值一定的情况下，实现输出双三相电机的转矩最大化具体为：对于含有三、五、七次谐波磁场的双三相永磁同步电机，其电磁转矩可由磁场储能对机械角度的偏导数得出：对于表贴式永磁同步电机，电感可近似为常数，对角度的导数为零，式(1)可简化为：其中，θm为机械角位置；θ为转子电角度；pn为转子极对数；Is为电流矩阵；为k次谐波永磁磁链，k＝1,3,5,7；各次谐波产生的转矩为：Te＝Te1+Te3+Te5+Te7(3)其中，iqk为k次谐波交轴电流，k＝1,3,5,7；由(4)到(7)可以看出，在双三相系统中注入谐波电流，除了谐波电流与对应反电势会产生谐波电流外，还会对基波电流的幅值造成影响；为了最大化输出转矩，需要对注入的谐波电流的幅值进行优化；在相电流幅值一定的情况下，为了提高增加基波电流提升输出转矩，按照比例注入三、五、七次谐波电流。优选的，步骤(2)中，对双三相电机的三次谐波电流进行构建具体为：在双三相驱动系统中将两套绕组的中性点相互隔离，分别连接至不同的母线电容中点，从硬件上隔离两套绕组间电流的相互干扰。优选的，步骤(3)中，对驱动系统中的三、五、七次谐波电流的幅值和相位进行有效控制，将双三相电机两空间矢量控制策略扩展到零序子空间，实现三空间矢量的闭环控制具体为：零序子空间o1-o2：在o1-o2子空间中，两套绕组中的三次谐波电流io1和io2幅值相等，相位相差90°，采用三次旋转坐标变换，将io1和io2转化成直流分量，再通过PI调节实现三次谐波电流的无静差调节；广义零序子空间z1-z2：在z1-z2子空间中，五、七次谐波电流相互耦合，通过单一的坐标变换无法将五、七次谐波电流转化成直流量，利用PI控制器进行控制；然而，五次谐波为负序分量，七次谐波为正序分量，通过坐标变换Tdqz将其转化为两个正交的六次交流分量：再利用PR调节器能够对交流量进行无静差调节的特点，实现在静止dqz坐标系下对五、七次谐波电流的调节控制。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种多谐波电流协同注入的双三相永磁同步电机矢量控制方案，采用转速外环电流内环的控制结构，由速度环给出，再按照不同的比例折算到α-β、o1-o2和z1-z2三个正交子空间中，通过电流调节器对不同阶次的谐波电流d、q轴分量进行闭环控制；按照最优的比例在相电流中注入三、五、七次谐波电流，在相电流幅值不变的情况下，可以使电机的输出转矩至少提升23％，极大程度的改善了双三相电机的转矩密度。附图说明图1为三、五、七次谐波电流最优注入比示意图。图2为传统的六相逆变器系统框图。图3为改进的六相逆变器系统框图。图4为双三相永磁同步电机传统两空间矢量控制框图。图5为本专利技术的系统框图。图6为本专利技术三次谐波电流控制框图。图7为本专利技术五、七次谐波电流控制框图。具体实施方式如图1所示，一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法，包括如下步骤：(1)对定子电流注入的三、五、七次谐波电流的幅值进行优比，在相电流幅值一定的情况下，实现输出双三相电机的转矩最大化；(2)对双三相电机的三次谐波电流的流通回路进行构建；(3)对驱动系统中的三、五、七次谐波电流的幅值和相位进行有效控制，将双三相电机两空间矢量控制策略扩展到零序子空间，实现三空间矢量的闭环控制。对于含有三、五、七次谐波磁场的双三相永磁同步电机，其电磁转矩可由磁场储能对机械角度的偏导数得出：对于表贴式永磁同步电机，电感可近似为常数，对角度的导数为零，式(1)可简化为：其中，为k次谐波永磁磁链，k＝1,3,5,7。各次谐波产生的转矩为：Te＝Te1+Te3+Te5+Te7(3)由(4)到(7)可以看出，在双三相系统中注入谐波电流，除了谐波电流与对应反电势会产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)对定子电流注入的三、五、七次谐波电流的幅值进行优比，在相电流幅值一定的情况下，实现输出双三相电机的转矩最大化；/n(2)对双三相电机的三次谐波电流的流通回路进行构建；/n(3)对驱动系统中的三、五、七次谐波电流的幅值和相位进行有效控制，将双三相电机两空间矢量控制策略扩展到零序子空间，实现三空间矢量的闭环控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对定子电流注入的三、五、七次谐波电流的幅值进行优比，在相电流幅值一定的情况下，实现输出双三相电机的转矩最大化；
(2)对双三相电机的三次谐波电流的流通回路进行构建；
(3)对驱动系统中的三、五、七次谐波电流的幅值和相位进行有效控制，将双三相电机两空间矢量控制策略扩展到零序子空间，实现三空间矢量的闭环控制。


2.如权利要求1所述的双三相永磁同步电机多谐波电流协同注入的控制方法，其特征在于，步骤(1)中，对定子电流注入的三、五、七次谐波电流的幅值得出最优比，在相电流幅值一定的情况下，实现输出双三相电机的转矩最大化具体为：
对于含有三、五、七次谐波磁场的双三相永磁同步电机，其电磁转矩可由磁场储能对机械角度的偏导数得出：



对于表贴式永磁同步电机，电感可近似为常数，对角度的导数为零，式(1)可简化为：



其中，θm为机械角位置；θ为转子电角度；pn为转子极对数；Is为电流矩阵；为k次谐波永磁磁链，k＝1,3,5,7；
各次谐波产生的转矩为：
Te＝Te1+Te3+Te5+Te7(3)












其中，iqk为k次谐波交轴电流，k＝1,3,5,7；
由(4)到(7)看出，在双三相系统中注入谐波电流，除了谐波电流与对应反电势会产生谐波电流外，还会对基波电流的幅值造成影响；为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，张建亚，柳霖，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32