[发明专利]一种直流偏置型电机的功率因数控制方法

权利要求书

1.一种直流偏置型电机的功率因数控制方法，其特征在于，包括：

(1)确定在满足电机的功率因数为1的前提下，d轴电流、q轴电流以及0轴电流之间需要满足的关系式；若电机的功率因数保持为1，此时电流矢量与电压矢量重合，d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足如下关系式：

其中，u_d和u_q分别为d轴电压和q轴电压；i_d、i_q、i₀分别为d轴、q轴、0轴电流；L_s为电机的相电感，L₀为电机的零轴电感；

由上式得到：L_s(i_d²+i_q²)＝L₀i₀i_q；

(2)在d轴电流、q轴电流以及0轴电流满足上述关系式的前提下，计算能够使得输出的电机转矩最大时的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值；

(3)将步骤(2)中计算得到的d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值分别作为d轴的电流给定值、q轴的电流给定值以及0轴的电流给定值，并输入电机作为d轴电流值、q轴电流值以及0轴电流值的目标值，进行无差跟踪。

2.根据权利要求1所述的直流偏置型电机的功率因数控制方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：

电机相电流有效值i_s可以表示为：

电机的电磁转矩T_e可以表示为：

其中，n_p为电机的极对数，为了在同样d轴、q轴以及0轴电流有效值的情况下，保持功率因数为1，同时输出最大的电机转矩，可得到：

根据上式计算T_e最大时的d轴、q轴、0轴电流给定值i_d*、i_q*、i₀*分别为：

其中，i_s^*为电机相电流给定值，电机稳定运行时，电机相电流给定值i_s^*和电机相电流有效值i_s完全相等。

3.根据权利要求2所述的直流偏置型电机的功率因数控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：

(3-1)将电机转速给定值ω_e*与电机转速反馈值ω_e的差值Δω_r送入速度调节器，速度调节器输出i_s*，通过调节i_s*，使得ω_e*与ω_e的差值始终为零，即ω_e始终跟随ω_e*的变化而变化；

(3-2)将电机转子位置信号θ_e，以及A、B、C相电流信号i_a、i_b、i_c送入旋转坐标变换模块，经过旋转坐标变换模块得到d轴、q轴、0轴直流电流信号，并分别作为d轴电流反馈值i_d、q轴电流反馈值i_q、0轴电流反馈值i₀；

(3-3)将i_s*和电机转速反馈值ω_e送入电流分配器，所述电流分配器根据步骤(2)确定d轴、q轴、0轴电流给定值i_d*、i_q*、i₀*；

(3-4)将d轴、q轴、0轴电流给定值分别与步骤(3-2)中的d轴、q轴、0轴电流的反馈值比较后，得到d轴电流偏差Δi_d、q轴电流偏差Δi_q、0轴电流偏差Δi₀，分别送入d轴、q轴、0轴电流调节器，得到d轴、q轴、0轴给定电压u_d*、u_q*、u₀*，通过调节d轴、q轴、0轴给定电压使得Δi_d、Δi_q、Δi₀始终为零，即对i_d*、i_q*、i₀*进行无差跟踪；

(3-5)将u_d*、u_q*与θ_e送入第一给定电压移相模块，定义u_d*与u_q*合成的电压矢量为u_s*，将u_s*分解为同步旋转坐标系下相位滞后于u_s*30度，大小为倍的电压矢量u_α1*、u_β1*；同时，u_d*、u_q*与θ_e也送入第二给定电压移相模块，将u_s*分解为同步旋转坐标系下相位滞后于u_s*150度，大小为倍的电压矢量u_α2*、u_β2*；

(3-6)将u_α1*、u_β1*、u₀*输入第一脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制，分别产生第一变流器的A1、B1、C1相PWM信号PWM1-PWM6；同时u_α2*、u_β2*、u₀*输入第二脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制，分别产生第二变流器的A2、B2、C2相PWM信号PWM7-PWM12；

(3-7)将PWM1-PWM6送入第一变流器，同时PWM7-PWM12送入第二变流器，脉冲宽度调制信号驱动变流器产生输出电压，作用在直流偏置正线电流电机相绕组上，产生对应于输入PWM信号的带直流偏置的正弦电流信号，最终实现d轴电流、q轴电流、0轴电流的无差跟踪。