基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法技术

本发明专利技术公开一种基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法，所述电励磁双凸极电机为12/10极结构，采用电流源逆变器驱动，分裂式励磁绕组复用为直流侧储能电感，针对绕组反电势固有的5、7谐波产生的输出转矩脉动，在电流源逆变器的SVPWM调制策略中，通过叠流时间的设置与补偿分配，对应产生5、7次电流谐波，抵消所述电励磁双凸极电机的反电势谐波产生的转矩脉动。本发明专利技术能够在无需外部信号注入的条件下，自动产生固定次的电流谐波，消除12/10极电励磁双凸极电机驱动输出的转矩波动，提升驱动系统的输出特性。提升驱动系统的输出特性。提升驱动系统的输出特性。

【技术实现步骤摘要】
基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，特别是涉及一种基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法。

技术介绍

[0002]逆变器按照直流侧电源特性分为电压源型逆变器(VSI)与电流源型逆变器(CSI)。VSI只能工作在直流电源恒定且高于交流侧电压峰值的场合，并且输入电流脉动大，需要插入死区防止出现短路。与VSI相比，CSI的交流侧电压高于直流侧，无需短路保护，并网工作时，交流侧的电容与电感构成二阶低通滤波器，负载电流的波形质量高。
[0003]相对于VSI的开关管驱动信号需要加入死区时间来保证不发生直通现象，CSI则需要加入叠流时间来保证直流侧电流的连续性。然而叠流时间会造成交流侧输入电流脉冲增加、减小或保持不变，从而给三相输出电流带来额外谐波。
[0004]国内外学者针对VSI死区效应已经展开了深入的研究，提出了多种抑制方法，包括基于脉冲等效时间补偿法、平均电压误差前馈补偿法、预测电流控制法、死区时间消除策略等。然而针对CSI的叠流区效应抑制方法的研究成果却并不多见，有基于脉冲时间的补偿策略和平均电流前馈补偿策略等，但几乎没有利用叠流效应的方法。
[0005]电励磁双凸极电机(DSEM)转子上无永磁体和绕组，容易实现电动过程中的弱磁控制和发电过程中的调压控制，在航空航天、汽车舰船、风力发电等领域具有广阔的应用前景。然而，由于DSEM的定转子均采用凸极结构，属于磁阻类电机范畴，因此在电动运行过程中存在较大的转矩脉动，一定程度上限制了该电机的应用范围。
[0006]CSI叠流效应产生的5、7次电枢电流谐波可以产生6次转矩脉动，而在正弦波驱动下，DSEM的转矩中存在大量6次谐波分量。因此，利用叠流效应来抑制DSEM中的转矩脉动具有很好的研究意义。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法，所述电励磁双凸极电机为12/10极结构，采用电流源逆变器驱动，分裂式励磁绕组复用为直流侧储能电感，针对绕组反电势固有的5、7谐波产生的输出转矩脉动，在电流源逆变器的SVPWM调制策略中，通过叠流时间的设置与补偿分配，对应产生5、7次电流谐波，抵消所述电励磁双凸极电机的反电势谐波产生的转矩脉动。本专利技术能够在无需外部信号注入的条件下，自动产生固定次的电流谐波，消除12/10极电励磁双凸极电机驱动输出的转矩波动，提升驱动系统的输出特性。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方式是：一种基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法，其特征在于，所述12/10极结构电励磁双凸极电机的绕组反电势存在固有的5、7次谐波，采用电流原型逆变器驱动，在电流源型逆变器的SVPWM调制策略中，通过叠流时间的设置，自动产生对应的5、7次电流谐波，消除电励磁双凸极电机驱
动输出的转矩脉动。
[0009]进一步的，所述的12/10极结构的电励磁双凸极电机采用电流源型逆变器驱动的输出转矩脉动，其特征在于，所述电励磁双凸极电机的输出转矩为：
[0010]T
e
＝I
m
i
F
(a+bcos(6ωt+α))
[0011]式中，I
m
为电励磁双凸极电机相电流幅值，a为绕组反电势基波分量系数，b为绕组反电势5、7次谐波分量系数，ω为电角频率，i
F
为励磁电流，该输出转矩中包含了6次谐波脉动，α为输出转矩固有的6次谐波脉动相位角。
[0012]进一步的，所述的电流源型逆变器的SVPWM调制策略中叠流时间设置方法，其特征在于，在生成的PWM信号中加入关断延迟时间，对应为插入的叠流时间，根据补偿所需的5、7次电流谐波幅值和相位，通过解析计算方法，获得各个开关周期内的叠流时间，纳入SVPWM调制策略，通过电流源型逆变器调制出补偿用5、7次电流谐波。
[0013]进一步的，所述的电流源型逆变器的SVPWM调制策略中，通过叠流时间设置产生补偿的5、7次电流谐波，其特征在于，设置的叠流时间产生的电流谐波为
[0014][0015]式中，k1、k2为可调节的比例系数，t
ov
为插入的叠流时间大小，f
s
为开关频率，i
dc
为直流电流大小，ω为电角频率。
[0016]进一步的，通过叠流时间产生的5、7次谐波，消除所述电励磁双凸极电机中产生的6次转矩脉动，使其得输出转矩表达式为：
[0017][0018]式中，c为叠流时间引入的转矩常数系数，d为叠流时间引入的6次转矩脉动系数，
α为输出转矩固有的6次谐波脉动相位角，β为叠流时间引入的6次转矩脉动相位角，f1，g1为不同叠流时间引入下6次转矩脉动余正弦分量的对应系数。
[0019]进一步的，所述的叠流时间设置产生的电流谐波使得电励磁双凸极电机输出转矩中产生额外6次转矩脉动，其特征在于，该额外6次转矩脉动幅值和相位均与比例系数k1、k2相关，调整叠流时间，使得为零，实现对电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制。
[0020]进一步的，所述的实现电励磁双凸极电机转矩脉动抑制，其特征在于，所述可调节的比例系数k1、k2需满足条件：
[0021][0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]1、相比于传统电流源型逆变器，本专利技术提出的叠流效应抑制转矩脉动没有完全抑制叠流谐波，而是巧妙地利用叠流效应产生的谐波电流降低正弦波驱动下的电励磁双凸极电机转矩脉动，降低电机运行时噪音。
[0024]2、本专利技术给出的叠流效应抑制转矩脉动可以通过调整叠流时间大小和插入方式，在不同转速下均适用。
附图说明
[0025]图1为直流励磁时电励磁双凸极电机反电势波形。
[0026]图2为应用本专利技术的电励磁双凸极电机控制框图。
[0027]图3和图4为应用本专利技术前后的电励磁双凸极电机三相电流仿真波形图。
[0028]图5为应用本专利技术的电励磁双凸极电机的转速仿真波形图。
[0029]图6和图7为应用本专利技术前后的电励磁双凸极电机的转矩仿真波形图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]实施例1
[0032]参见图1
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图2，本实施例提供一种12/10极结构的电励磁双凸极电机转矩脉动抑制方法，包括：对电励磁双凸极电机采用正弦波驱动，在反电势存在5、7谐波时，电励磁双凸极输出转矩脉动存在固定次谐波；
[0033]在采用电流源型逆变器方式控制下，通过叠流时间产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法，其特征在于，所述电励磁双凸极电机为12/10极结构，采用电流源逆变器驱动，分裂式励磁绕组复用为直流侧储能电感，针对绕组反电势固有的5、7谐波产生的输出转矩脉动，在电流源逆变器的SVPWM调制策略中，通过叠流时间的设置与补偿分配，对应产生5、7次电流谐波，抵消所述电励磁双凸极电机的反电势谐波产生的转矩脉动。2.根据权利要求1所述的一种基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法，其特征在于，所述电励磁双凸极电机的输出转矩为：T
e
＝I
m
i
F
(a+b cos(6ωt+α))式中，I
m
为电励磁双凸极电机相电流幅值，a为绕组反电势基波分量系数，b为绕组反电势5、7次谐波分量系数，ω为电角频率，i
F
为励磁电流，该输出转矩中包含6次谐波脉动，α为输出转矩固有的6次谐波脉动相位角。3.根据权利要求1所述的基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法，其特征在于，电流源型逆变器的SVPWM调制策略中叠流时间设置方法为：在生成的PWM信号中加入关断延迟时间，对应为插入的叠流时间，根据补偿所需的5、7次电流谐波幅值和相位，通过解析计算方法，获得各个开关周期内的叠流时间，纳入SVPWM调制策略，通过电流源型逆变器调制出补偿用5、7次电流谐波。4.根据权利要求1所述的基于叠流时间补偿的电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏佳丹，赵晓聪，刘航宇，翟相煜，周波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：