无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统，在母线端采用小容值的薄膜电容代替传统大容量的电解电容，包括单相输入电源模块、单相整流器、薄膜电容、三相逆变器、输入电压相位锁相环、基于功率平衡的电流控制模块、基于母线电压控制的功率补偿模块、第一减法器、速度PI调节器、第一乘法器、第二减法器、第三减法器、最大转矩电流比模块、第四减法器、电流控制器、第五减法器、第六减法器、IPark变换模块、Park变换模块、Clark变换模块、空间矢量脉宽调制模块和同步磁阻电机。本发明专利技术解决了传统大容量电解电容变频电机因电解电容寿命短而引起驱动器可靠性低的问题，改善了输入侧功率因数，提高了电机性能。提高了电机性能。提高了电机性能。

【技术实现步骤摘要】
无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制领域，具体是无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统及控制方法。

技术介绍

[0002]目前电机变频驱动技术已经广泛应用在工业中，例如工业机器人、建筑楼宇、电动汽车，以及国防军事领域等。电机变频驱动电路中的逆变器根据直流侧电源性质的不同，可分为电压型逆变器和电流型逆变器。电流型逆变器直流侧为大电感，电流基本无脉动，相当于电流源，抑制过电流能力强、适合频繁加、减速的启动型负载。电压型逆变器直流侧并联大电容，电压基本无脉动，相当于电压源，抑制浪涌电压能力强。因电压型逆变器频率可调、效率高等优点，现有的电机变频驱动系统一般由电压型逆变器、整流器、功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路、电机组成，其母线端通常为大容量的电解电容，主要作用是贮存网侧输入的能量并稳定直流母线电压，保证电机有足够的运行电压。但是电解电容有非常明显的缺点，在使用过程中，电流纹波和高温易使电解液蒸发，导致电解电容寿命低，温度每升高10℃，寿命就会缩短一半，进而严重影响驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统，包括同步磁阻电机，其特征在于：同步磁阻电机的输出分别与第一减法器和基于功率平衡的电流控制模块的输入相连接；单相输入电源模块的输出分别与输入电压相位锁相环、基于功率平衡的电流控制模块、基于母线电压控制的功率补偿模块和单相整流器的输入相连接，单相整流器的输出并联薄膜电容后分别与三相逆变器、基于母线电压控制的功率补偿模块的输入相连接；三相逆变器的输出分别与同步磁阻电机、Clark变换模块的输入相连接；Clark变换模块的输出与Park变换模块的输入相连接，Park变换模块的输出分别与第三减法器、第四减法器、基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块的输入相连接；所述输入电压相位锁相环的输出分别与基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块的输入相连接；基于功率平衡的电流控制模块的输出分别与第一乘法器和第二减法器的输入相连接；基于母线电压控制的功率补偿模块的输出分别与第五减法器和第六减法器的输入相连接；所述第一减法器的输出与速度PI调节器的输入相连接，速度PI调节器的输出分别与第一乘法器和最大转矩电流比(MTPA)模块的输入相连接，第一乘法器的输出与第二减法器的输入相连接，第二减法器的输出与第三减法器的输入相连接，第三减法器的输出与电流控制器的输入相连接；最大转矩电流比(MTPA)模块的输出与第四减法器的输入相连接，第四减法器的输出与电流控制器的输入相连接；电流控制器的输出分别与第五减法器和第六减法器的输入相连接，第五减法器和第六减法器的输出均与IPark变换模块的输入相连接，IPark变换模块的输出经过空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)后与三相逆变器的输入相连接。2.利用如权利要求1所述的无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统进行同步磁阻电机的控制方法，其特征在于：步骤1、通过两相采样电阻采集同步磁阻电机的两相电压，根据公式i＝u/R和i
a
+i
b
+i
c
＝0获得三相坐标系下的两相实际电流i
a
、i
b
和i
c
并输入到Clark变换模块；步骤2、三相坐标系下的两相实际电流i
a
、i
b
和i
c
经Clark变换得出实际静止两相坐标系下的α轴电流分量i
α
、β轴电流分量i
β
，并输出到Park变换模块；步骤3、α轴电流分量i
a
、β轴电流分量i
β
经Park变换得出d轴电流i
d
和q轴电流i
q
，并将q轴电流i
q
分别输出到第三减法器和基于母线电压控制的功率补偿模块，将d轴电流i
d
分别输出到第四减法器、基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块；步骤4、将单相输入电源模块输出的u
in
分别输入到输入电压相位锁相环、基于功率平衡的电流控制模块、基于母线电压控制的功率补偿模块、单相整流器，并将单相输入电源模块输出的i
in
分别输入到基于功率平衡的电流控制模块；步骤5、单相整流器按式(3)获得直流侧母线电压值u
dc
并分别输出到三相逆变器和基于母线电压控制的功率补偿模块；其中，U
in
是输入电压u
in
的幅值，ω
in
是输入电压u
in
的角频率，θ
m
为整流二极管的起始导通角，U
dcmin
是直流侧母线电压值u
dc
的最小值；步骤6、输入电压相位锁相环根据步骤4输入的u
in
计算获取输入电压的相位信息θ
in
，并
分别输出到基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块；步骤7、基于功率平衡的电流控制模块根据步骤3输入的d轴电流i
d
、步骤4输入的输入电压u
in
和输入电流i
in
、步骤6输入的输入电压的相位信息θ
in
、同步磁阻电机的输出转速ω，经计算得出sin2ω
in
t和i
qc
；然后将i
qc
输出到第二减法器，将sin2ω
in
t输出到第一乘法器；步骤8、基于母线电压控制的功率补偿模块根据步骤3输入的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
、步骤4输入的输入电压u
in
、步骤5输入的直流侧母线电压值u
dc
、步骤6输入的输入电压的相位信息θ
in
，经计算得出Δu
d
和Δu
q
，并将Δu
q
输出到第五减法器，将Δu
d
输出到第六减法器；步骤9、将给定电机转速ω
ref
输入到第一减法器；步骤10、第一减法器按下式获得速度差值Δω并输出到速度PI调节器；Δω＝ω
ref
‑
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)其中，ω为同步磁阻电机的输出转速；步骤11、速度PI调节器按下式获得T0并分别输出到第一乘法器和最大转矩电流比(MTPA)模块：如下：其中，L
d
是直轴电感，L
q
是交轴电感，ω
e
为电机转速，p
n
为极对数，U
in
是输入电压u
in
的幅值，I
in
是输入电流i
in
的幅值；步骤12、第一乘法器经式(19)计算得出i
q0
并输出到第二减法器：步骤13、第二减法器经式(17)计算得出q轴给定电流i
qref
并输出到第三减法器：其中，C
dc
是母线电容；步骤14、第三减法器按式(26)计算得出Δi
q
，并将Δi
q
输出到电流控制器：Δi
q
＝i
qref
‑
i
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)步骤15、最大转矩电流比(MTPA)模块按式(27)计算得出d轴给定电流i
dref
并输出到第四减法器：步骤16、第四减法器按式(28)计算得出Δi
d
并输出到电流控制器；Δi
d
＝i
dref
‑
i
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)步骤17、电流控制器按式(29)和式(30)分别计算得出初始q轴电压u
q0
和初始d轴电压u
d0
，并将初始q轴电压u
q0
输出到第五减法器，将d轴电压u
d0
输到第六减法器；u
q0
＝K
p
Δi
q
+K
i
∫Δi
q
dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)u
d0
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁文其，赵禹，谭浩，邱梓原，钱裕平，朱海军，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：