永磁同步电机的直流母线薄膜电容的电压谐振抑制方法技术

本发明专利技术公开了永磁同步电机的直流母线薄膜电容的电压谐振抑制方法，永磁同步电机采用

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机的直流母线薄膜电容的电压谐振抑制方法


：
[0001]本专利技术涉及永磁同步电机的直流母线薄膜电容的电压谐振抑制方法
。

技术介绍

：
[0002]永磁同步电机简称
PMSM
电机，一般都采用
FOC
控制策略，
FOC
的英文表达：
Field
‑
Oriented Control
，直译是磁场定向控制，也被称作矢量控制
(VC
，
Vector Control)
，是目前永磁同步电机
(PMSM)
高效控制的最优方法之一
。FOC
控制策略旨在通过精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳
、
噪声小
、
效率高，并且具有高速的动态响应
。
[0003]PMSM
电机具体结构，见图
1、
图
2、
图3所示，
PMSM
电机由电机单体1和电机控制器2组成
,
所述的电机单体1包括定子组件
12、
转子组件
13
和机壳组件
11
，包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，定子组件
13
安装在机壳组件
11
上，转子组件
13
套装在定子组件
12
的内侧，电机控制器2包括控制盒
22
>和安装在控制盒
22
里面的控制线路板
21
，控制线路板
21
上都会安装几个电解电容作为直流母线电容
23(
即是图2中的直流母线电解电容
。
[0004]传统电机控制器采用有电解电容作为直流侧母线电容，其容值在几百微法以上，能够稳定母线电压，以及在电机减速过程中吸收能量，但电解电容存在寿命短
、
体积大
、
成本高等问题
。
采用薄膜电容替代电解电容作为直流侧母线电容，解决电解电容所存在的固有缺陷
。
但薄膜电容由于容值非常小，大概几十微亨，容易出现过压故障，甚至烧坏功率器件，所以必须进行过压抑制，专利号是
CN202210694048、
专利名称是永磁同步电机的直流母线薄膜电容的过压抑制方法有效解决以上问题
。
[0005]但由于电路结构中还存在
LC
谐波电路，即直流滤波电路的电感
L
和直流母线薄膜电容
B5
形成
LC
谐波电路，见图4所示，
LC
谐波电路的存在势必在直流母线薄膜电容
B5
上形成电压的谐波振动，当然对电机的精确控制和效率控制产生实质性的影响
。
图4中永磁同步电机包括电机单体
B7
和电机控制器组成
,
所述的电机单体
B7
包括定子组件和永磁转子组件，定子组件包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，电机控制器包括交流滤波电路
B2、
整流电路
B3、
直流滤波电路
B4、
直流母线薄膜电容
B5、
逆变电路
B6、
微处理器
MCU
和相电流检测电路，三相电源
B1(
是交流电源
)
依次经过交流滤波电路
B2、
整流电路
B3、
直流滤波电路
B4
对直流母线薄膜电容
B5
进行充电，直流母线薄膜电容
B5
为逆变电路
B6
提供高压直流电；相线电流检测电路检测流过线圈绕组的相电流并送到微处理器
MCU
，微处理器
MCU
控制逆变电路工作，逆变电路控制定子组件的各相线圈绕组的通断电，永磁同步电机采用
FOC
磁场定向控制方式；关于
FOC
磁场定向控制的方法，这些在教科书或者网络可以查找到，在此不再详细叙述
。
[0006]有鉴于此，必须要对电路结构中存在
LC
谐波电路造成的电压波动进行压制，见图5所示，它是目前常用直流母线薄膜电容的电压谐振抑制方案：即通过注入
dq
轴电压实现
LC
谐振抑制，具体实施过程是：采样母线电压得到逆变器母线电压数据
U
dc
，然后对其进行低通滤波得到母线电压直流分量
U
dc0
，接着使用
U
dc
减去
U
dc0
得到母线电压交流分量最后将母线电压的交流分量乘以两个系数
kd
和
kq
，分别叠加到
dq
轴电压上，实现改变系统稳定
性，达到抑制
LC
谐振效果
。
[0007]采用
dq
轴电压注入方案实现
LC
谐振抑制的技术方案存在如下不足：
(1)
该方案针对不同电机功率等级或电机在不同工况功率运行时，
kd、kq
参数需要重新调试匹配，所以该方案不具有通用性，参数调试困难的问题
。(2)
采用
dq
轴电压注入将会在电机控制中引入高频纹波电流，进而影响电机性能以及引入高频电磁噪音
。
[0008]如图5和图6所示的现有技术方案：采用
dq
轴电压注入方案实现
LC
谐振抑制，无电解电容电机驱动系统，采用小容值的薄膜电容替代大容值的电解电容，电容容值可降为原来
1/50
左右
。
随着直流侧电容容值的降低，母线电压大幅波动
。
母线电压波动主要来源两方面，一方面由于母线电容容值小，基本丧失储能作用，所以三相电源通过整流桥整流后，母线电压上会产生六倍工频震荡
。
另一方面是母线电压上叠加了
LC
谐振震荡
。
为了防止高频谐波馈入电网，电机驱动系统通常需要适配一定量的直流电抗器
。
由直流电抗器与母线薄膜电容所产生的
LC
谐振将会在母线电压上叠加
LC
谐振频率的震荡，且该震荡幅值会随着电机运行功率的增加而增加
。
[0009]图6是根据简化模型，驱动系统状态方程可表示为：
[0010][0011]逆变器及电机系统呈恒功率负载特性，忽略开关损耗前提下，逆变器输出的平均功率和电机平均功率相等，逆变器平均功率输出电流可以表示为：
[0012][0013]由于母线电压波动分量占比很小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
永磁同步电机的直流母线薄膜电容的电压谐振抑制方法，永磁同步电机采用
FOC
磁场定向控制，其特征在于：它包括
S1
：通过母线电压采集电路采集逆变器上的母线电压数据
Udc
；
S2:
对采样到的母线电压数据
Udc
进行低通滤波处理，得到母线电压的直流分量
Udc0
；
S3:
使用采集到的母线电压数据
Udc
减去母线电压的直流分量
Udc0
，获取得到母线电压波动分量：
S4:
使用母线电压的直流分量
U
dc0
减去母线电压波动分量，得到最终输出到
SVPWM
模块的母线电压参考电压数据：
S5:SVPWM
模块利用输入的母线电压参考电压数据
u
*dc
作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，刘哲江，罗松，王宇航，
申请(专利权)人：大洋电机武汉研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：