【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机驱动与控制领域，提供了一种开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法和系统。
技术介绍
1、开放式绕组电机系统，简称开绕组电机系统，以其控制灵活、高电压利用率、高容错适应性、对功率器件容量要求低等优势得到了学术界和工业界越来越多的关注与研究。直流偏置式游标磁阻电机是一种采用开绕组结构的新型电机系统，其电枢电流为直流偏置分量叠加正弦分量，电机结构可参考图1。该电机系统调速性能优异、控制精度高、制造工艺简单、散热方便、可靠性高，在航空起动发电机、矿用机械、汽车涡轮增压电机等环境恶劣，且对调速性能和可靠性要求较高的场合拥有广阔的应用前景。
2、为了实现电枢绕组中带直流偏置正弦电流的注入，可参考图2，对应的功率变换器必须能够提供零序电流的通路，故一般采用双逆变器开绕组拓扑，可参考图3，一般采用带120°移相的双空间矢量pwm策略。在上述pwm策略中，所有六个桥臂在每个开关周期内均存在开关动作。且具有双逆变器的开绕组电机系统的开关器件数量比三相星接绕组电机系统增加了一倍，每个开关周期对应的开关动作次数也增加了一倍，这将导致较大的开关损耗，同时导致开关器件周围温度升高，影响开关器件的使用寿命。
3、目前开绕组电机系统有以下三种控制策略，第一种为基于不连续pwm的开绕组永磁同步电机低开关频率的控制策略，该策略在每个开关周期舍弃(111)电压矢量；第二种为插入零电压矢量的不连续pwm策略，是一种在奇、偶扇区采用不同的零电压矢量的分配方法；第三种为一种箝位式pwm策略，零电压矢量工作时间的优化避免零序电压谐
4、然而，不连续pwm的开绕组永磁同步电机低开关频率的控制策略，此策略在每个开关周期中舍弃(111)电压矢量，总开关动作次数得到降低，可以降低开关损耗。但该策略没有考虑零序电流调节问题，不能直接应用于直流偏置式游标磁阻电机系统。插入零电压矢量的不连续pwm策略，通过在奇、偶扇区采用不同的零电压矢量分配方法，在保证各桥臂上、下开关器件的电压应力均衡的同时，实现了零序电压的调节，但总开关动作次数多，存在进一步优化的空间。而箝位式pwm策略，零电压矢量工作时间的优化避免零序电压谐波的产生，即在给定电压矢量合成过程中，其中一个逆变器的工作频率远低于另一个逆变器的工作频率，使得整个开绕组逆变器的开关损耗得到了降低，结合零序电压的重新分配避免了零序谐波电压的产生，但没有考虑零序电压的实时调节，不能应用于直流偏置式游标磁阻电机系统。
5、综上，现有的三种控制策略均存在进一步改进的空间。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法和系统，实现零序电压的实时调节，保证零序电流的调节能力，减少开关动作次数，保证了逆变器的低开关损耗，为提高直流偏置型游标磁阻电机(dc-biased-vrm)驱动系统的效率提供了有效解决方案。
2、本专利技术实施例是这样实现的，一种开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，所述方法包括以下步骤：
3、在两相静止坐标系下划分开绕组逆变器的电压矢量分布扇区vsr，vsr＝{s1，s2，s3，s4，s5，s6}；其中开绕组逆变器的两个逆变器(即第一逆变器和第二逆变器)连接在同一直流母线，开绕组逆变器的电压矢量由两个逆变器的输出电压矢量合成得到；
4、判断给定电压矢量uαβ*在两相静止坐标系下的坐标值所在扇区，确定两个逆变器独立的输出电压矢量之间的分配关系，并根据分配结果得到两个逆变器相邻的两个有效工作矢量及对应动作时间，进而按照交替箝位式pwm策略进行双逆变器pwm调制；
5、在按照交替箝位式pwm策略进行双逆变器pwm调制中，在每个扇区内，其中一个逆变器箝位到特定电压，另一个逆变器使用预设svpwm策略进行控制，以使两个逆变器的开关工作频率趋于一致；
6、双逆变器pwm调制在箝位状态下，当给定电压矢量uαβ*分别在奇数扇区、偶数扇区时，采用不同的零序电压计算方式，调节零电压矢量，以优化交替箝位式pwm策略，使零序电压可调来保持开绕组逆变器的输出电压与给定电压相等；
7、根据调节后的零电压矢量及双逆变器pwm调制的动作时间得到双逆变器pwm调制的开关序列；将开关序列作用在直流偏置型游标磁阻电机的相绕组上，控制电机绕组a相、b相、c相的电流，实现d、q、0轴电流的无差跟踪。
8、本专利技术实施例提供的一种开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制系统，所述系统包括：双闭环监测模块、坐标变换模块、策略执行模块、空间矢量调制模块和pwm给定模块；
9、所述双闭环监测模模块包括电流环和转速环；其中，转速环：将转速反馈信号n与转速给定信号n*作差，输入速度调节器，速度调节器输出q轴给定信号iq*，通过调节q轴给定信号iq*使得n*-n始终为0，实现对转速反馈信号n的无差跟踪；
10、电流环：将d轴给定信号id*与d轴反馈信号id做差，输入d轴电流调节器，d轴电流调节器输出d轴电压给定信号ud*；将q轴给定信号iq*与q轴反馈信号iq做差，输入q轴电流调节器，q轴电流调节器输出q轴电压给定信号uq*；将0轴给定信号i0*与0轴反馈信号i0做差，输入0轴电流调节器，0轴电流调节器输出0轴电压给定信号u0*；通过调节ud*、uq*、u0*，使得id*-id、iq*-iq、i0*-i0均始终为0，以分别对id、iq、i0实现无差跟踪；
11、所述坐标变换模块包括静止旋转坐标变换模块和旋转静止坐标变换模块；
12、其中，静止旋转坐标变换模块，用于根据电机三相相电流和电角度来得到d轴、q轴、0轴下的d轴反馈信号id、q轴反馈信号iq、0轴反馈信号i0，用于电流环；
13、旋转静止坐标变换模块，用于将d轴电流调节器、q轴电流调节器得到的d轴电压给定信号ud*、d轴电压给定信号uq*，转化为两相静止坐标系下的对应坐标值uɑ*、uβ*，送入策略执行模块；
14、所述策略执行模块包括两个电压移相模块，两个电压移相模块可对合成电压矢量所在扇区进行判断，并按照交替箝位式pwm策略开始进行箝位，并计算出两个逆变器独立输出电压矢量之间的分配关系，分别将两个逆变器在两相静止坐标系下的电压矢量的坐标值输出，送入pwm给定模块；
15、所述空间矢量调制模块，基于双逆变器pwm调制在箝位状态下，当给定电压矢量uαβ*分别在奇数扇区、偶数扇区时，采用不同的零序电压计算方式，调节零电压矢量，以优化交替箝位式pwm策略，使开绕组逆变器的输出电压与给定电压相等；
16、所述pwm给定模块，用于根据调节后的零电压矢量及双逆变器pwm调制的动作时间得到双逆变器pwm调制的开关序列；将开关序列作用在直流偏置型游标磁阻电机的相绕组上，控制电机绕组a相、b相、c相的电流。
17、本专利技术实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述在两相静止坐标系下划分开绕组逆变器的电压矢量分布扇区的步骤，具体包括：
3.根据权利要求2所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述判断给定电压矢量uαβ*在两相静止坐标系下的坐标值所在扇区，确定两个逆变器独立的输出电压矢量之间的分配关系的步骤，具体包括：
4.根据权利要求3所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述按照交替箝位式PWM策略进行双逆变器PWM调制的步骤，具体包括：
5.根据权利要求1或4所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述方法还包括：在进行交替箝位式PWM策略控制的同时，调节输出第一逆变器或第二逆变器输出零电压矢量的时间，以实现零序电压的改变。
6.根据权利要求5所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，在开绕组逆变器中，第一逆变器对应的零序电压为u0
7.根据权利要求6所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.一种开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制系统，用于如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述系统包括：双闭环监测模块、坐标变换模块、策略执行模块、空间矢量调制模块和PWM给定模块；
...【技术特征摘要】
1.一种开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述在两相静止坐标系下划分开绕组逆变器的电压矢量分布扇区的步骤，具体包括：
3.根据权利要求2所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述判断给定电压矢量uαβ*在两相静止坐标系下的坐标值所在扇区，确定两个逆变器独立的输出电压矢量之间的分配关系的步骤，具体包括：
4.根据权利要求3所述的开绕组电机系统低开关频率交替箝位控制方法，其特征在于，所述按照交替箝位式pwm策略进行双逆变器pwm调制的步骤，具体包括：
5.根据权利要求1或4所述的开绕...
【专利技术属性】
技术研发人员：于子翔，陈宇航，张翔，赵吉文，盘真保，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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