一种开绕组电机三维空间矢量调制方法技术

本发明专利技术公开了一种开绕组电机三维空间矢量调制方法，包括：对开绕组电机建立三维空间矢量图，每三个相邻矢量建立一个面，构建三维子空间边界，边界间隔的最小三维空间作为三维子空间；根据三维空间矢量之间的几何对称关系，把几何形状完全一致的子空间进行分类，在给定α

【技术实现步骤摘要】
一种开绕组电机三维空间矢量调制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体是一种开绕组电机三维空间矢量调制方法。

技术介绍

[0002]近年来，对电机驱动的高效率和高功率密度的需求日益突出。永磁同步电机已经应用于许多领域，如电动汽车、航空航天、家用电器等。为了进一步提高永磁同步电机的性能，人们提出了开绕组永磁同步电机。通过打开永磁同步电机的中性点并使用两个逆变器从两端向三相绕组供电，可以实现多电平特性、两倍调制范围以及更好的容错能力。因此，开绕组永磁同步电机在过去几年吸引了越来越多的关注。开绕组电机驱动拓扑结构可分为三种类型：共直流母线拓扑结构、隔离直流母线拓扑结构以及带悬浮电容的混合拓扑结构。当开绕组永磁同步电机由隔离直流母线供电时，通过灵活地设置两端直流母线的电压比，可以实现各种多电平特性。然而，使用两个电压源将增加系统的尺寸和成本。通过使用由直流母线和电容组成的混合逆变器为开绕组永磁同步电机供电，可以明显降低成本。但是，混合拓扑结构需要复杂的电容器平衡算法，并且有低电压利用率的缺点。相比之下，由共直流母线供电的开绕组永磁同步电机具有电压利用率高、三电平特性和成本低的优点。因此，带有共直流母线的开绕组永磁同步电机驱动是一种很有前景的驱动拓扑结构，并已被广泛研究。因为这种拓扑结构中存在零序电流，应采取措施抑制零序电流。
[0003]由于共模电压是产生零序电流的主要原因，通常零序电流的抑制可以通过采用零共模电压矢量调制，但是会降低α
‑
β坐标系下的电流控制精度。对于开绕组永磁同步电机，除了由逆变器产生的零序电压之外，零序电流也可由三次谐波反电动势、逆变器非线性等因素引起。所以为了达到更好的零序电流抑制效果，有方案提出引入零序闭环通过调节零矢量作用时间来抵消其他零序分量的影响。但是这些方法由于只调节零矢量，在零序维度上会产生比较大的高频电流脉动。基于上述分析，开绕组永磁同步电机中的电流谐波仍有抑制的空间。因此，本专利技术提出一种开绕组电机三维空间矢量调制策略来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种开绕组电机三维空间矢量调制方法，包括如下步骤：步骤一，对开绕组电机建立三维空间矢量图，将三维空间矢量图相邻矢量进行连接，每三个相邻矢量建立一个面，构建三维子空间边界，边界间隔的最小三维空间作为三维子空间；步骤二，根据三维空间矢量之间的几何对称关系，把几何形状完全一致的子空间进行分类，在给定α
‑
β平面的扇区后确定一组三维子空间(
Ⅰ‑Ⅴ
)；步骤三，确定参考矢量在α
‑
β平面的扇区，根据参考矢量和这组子空间(
Ⅰ‑Ⅴ
)交界面的空间位置关系确定参考矢量坐落的子空间；步骤四，根据扇区和子空间类型确定T0,T1,T2,T3对应的矢量，根据伏秒平衡原理
对高电平居中实现最小开关频率，得到相应的PWM调制波，实现开绕组永磁同步电机三维空间矢量调制。
[0005]进一步的，所述的对开绕组电机建立三维空间矢量图，包括：开绕组永磁同步电机相电压为：其中u
K,
, i
K,
, e
K
， K = A, B, C，分别为定子电压、电流和反电动势，R
s
，L
s
和M
s
分别为定子电阻、自感和互感；通过Park变换，得到转矩和d轴、q轴、z轴的电压为：通过Park变换，得到转矩和d轴、q轴、z轴的电压为：其中L
d
，L
q
,L0分别为d轴、q轴和零序电感；n
p
为电机的磁极对，ω
r
为转子角速度，θ
e
为电角度，和分别为基波和三阶谐波磁通的振幅，，，分别为d轴、q轴、z轴的电流，j为极坐标系虚数单位；对于双逆变器结构，合成电压矢量为：其中u
s1
和u
s2
代表由逆变器I和逆变器II分别产生的空间电压矢量，u
K1o
和u
K2o
分别
是逆变器I和逆变器II的相电压，K=A,B,C；开绕组永磁同步电机驱动的相电压通过每相对应的两个逆变器之间的电压差来表示，即：S
A1
，S
B1
，S
A2
，S
B2
，S
C1
，S
C2
用于表示相应逆变器腿的开关状态；由双逆变器结构产生的空间电压u
s
矢量为：得到开关矢量组合，根据零序电压和相电压的关系并结合双逆变器结构产生的空间电压u
s
矢量，得到零序电压为：根据开关组合以及零序电压，得到每个开关组合对应的零序电压，得到三维空间矢量分布，根据三维空间矢量分布得到开绕组电机三维空间矢量图。
[0006]进一步的，所述的确定参考矢量在α
‑
β平面的扇区，包括：定义辅助变量N1,N2,N3用于扇区判断：于扇区判断：其中u
α
和u
β
为参考矢量在α
‑
β平面上标幺化后的坐标。
[0007]进一步的，所述的根据扇区和子空间类型确定T0,T1,T2,T3对应的矢量，根据伏秒平衡原理对高电平居中实现最小开关频率，得到相应的PWM调制波，实现开绕组永磁同步电
机三维空间矢量调制，包括：根据参考矢量与子空间交界面的位置关系通过确定子空间类型：其中的：其中u
z
为参考矢量标幺化后的零序分量，u
α*
,u
β*
,u
z*
为参考矢量旋转对称后的三维坐标。
[0008]本专利技术的有益效果是：通过改变零序电流参考值，实现了开绕组永磁同步电机中缺相故障的容错控制。
附图说明
[0009]图1为一种开绕组电机三维空间矢量调制方法的流程示意图；图2为共直流母线开绕组电机驱动的结构图；图3为空间矢量图:(a) 逆变器I；(b)逆变器II；图4为二维平面空间矢量分布；图5为三维空间矢量分布；图6 为二维平面和三维空间的矢量合成过程，(a) 参考向量OP位于三角形OAB内部时；(b) 参考向量OP位于四面体OABC内部时；
图7为子空间Ⅰ示意图，(a) 子空间Ⅰ的三维视图，(b) 子空间Ⅰ的俯视图；图8为子空间Ⅱ示意图，(a) 子空间Ⅱ的三维视图；(b) 子空间Ⅱ的俯视图；图9为子空间Ⅲ示意图，(a) 子空间Ⅲ的三维视图；(b) 子空间Ⅲ的俯视图；图10为子空间Ⅳ示意图，(a) 子空间Ⅳ的三维视图；(b) 子空间Ⅳ的俯视图；图11为子空间
Ⅴ
示意图，(a) 子空间
Ⅴ
的三维视图；(b) 子空间
Ⅴ
的三维视图；图12为三维空间矢量调制区域上半部分图；图13为三维空间矢量调制区域图，(a) 三维空间矢量调制区域的三维视图；(b) 三维空间矢量调制区域的俯视图；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开绕组电机三维空间矢量调制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，对开绕组电机建立三维空间矢量图，将三维空间矢量图相邻矢量进行连接，每三个相邻矢量建立一个面，构建三维子空间边界，边界间隔的最小三维空间作为三维子空间；步骤二，根据三维空间矢量之间的几何对称关系，把几何形状完全一致的子空间进行分类，在给定α
‑
β平面的扇区后确定一组三维子空间(
Ⅰ‑Ⅴ
)；步骤三，确定参考矢量在α
‑
β平面的扇区，根据参考矢量和这组子空间(
Ⅰ‑Ⅴ
)交界面的空间位置关系确定参考矢量坐落的子空间；步骤四，根据扇区和子空间类型确定T0, T1, T2, T3对应的矢量，根据伏秒平衡原理对高电平居中实现最小开关频率，得到相应的PWM调制波，实现开绕组永磁同步电机三维空间矢量调制。2.根据权利要求1所述的一种开绕组电机三维空间矢量调制方法，其特征在于，所述的对开绕组电机建立三维空间矢量图，包括：开绕组永磁同步电机相电压为：其中 u
K
，i
K
，e
K ，K = A, B, C，分别为定子电压、电流和反电动势，R
s
，L
s
和 M
s
分别为定子电阻、自感和互感；通过Park变换，得到转矩和d轴、q轴、z轴的电压为：通过Park变换，得到转矩和d轴、q轴、z轴的电压为：其中L
d
，L
q
, L0分别为d轴、q轴和零序电感；n
p
为电机的磁极对，ω
r
为转子角速度，θ
e
为
电角度，和分别为基波和三阶谐波磁通的振幅，，，分别为d轴、q轴、z轴的电流，j为极坐标系虚数单位；对于双逆变器结构，合成电压矢量为：其中u
s1
和u
s...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学庆，张子凡，马东辉，周羽，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：