[发明专利]开绕组永磁同步电机瞬时功率解耦控制方法

说明书

本发明公开了一种基于混合不连续PWM的开绕组永磁同步电机瞬时功率解耦控制方法，该方法将电机运行所需瞬时功率解耦为有功功率和无功功率，并分别由飞跨电容型双逆变器中电源供电的主逆变器和电容供电的补偿逆变器提供，使主逆变器和补偿逆变器分别运行在单位功率因数状态和无功补偿状态，避免了传统功率分配算法中所必须使用的三角函数和反三角函数，降低了控制方法的复杂度，提高了开绕组电机系统运行性能。针对双逆变器交流侧的电压电流相位关系，本发明还公开了一种混合不连续PWM调制策略，较大地降低了双逆变器的开关损耗，提高了开绕组电机驱动系统效率。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于混合不连续PWM的开绕组永磁同步电机瞬时功率解耦控制方法。

背景技术

相比感应电机，永磁同步电机效率高、高功率因数、高功率密度及宽调速范围等优点，在数控机床、电动汽车、风力发电、船舰推进及航空航天等领域中获得广泛应用。虽然永磁同步电机具有宽的调速范围，但是随着转速的升高，反电动势也逐渐增加。为了保持反电势与逆变器端电压之间的平衡，需要较高的逆变器直流母线电压。

采用过调制技术可以提高直流电压利用率，但过调制会导致定子电流畸变，从而引起转矩脉动和绕组发热问题。提高逆变器直流母线电压可以克服过调制缺点从而使逆变器仍然处在线性调制范围内，但通常受限于应用场合的供电电压。在逆变器前级增加升压变换器，能够提高直流母线电压，但所用升压电感会增加驱动装置体积和重量，而且级联变换器结构也恶化了系统效率。采用阻抗源逆变器代替传统逆变器，能够实现单级升压，但阻抗源网络的高压电容同样会增加装置体积，而且其启动冲击回路也容易损坏逆变桥。此外，基于升压变换器和阻抗源网络的升压拓扑不但会导致逆变器功率器件承受高电压应力，增加桥臂故障率，而且还会增加开关损耗，降低系统效率。

开绕组结构是在不改变电机本体电磁设计与机械结构的基础上，仅将电机绕组的中性点打开并串接一个逆变器，构成双逆变器供电的新型电机驱动拓扑。根据双逆变器供电方式的不同，可分为单电源共母线、双电源隔离母线和混合电源供电三种拓扑结构。单电源共母线供电方式仅需要一个直流电源，具有结构简单、成本低，但电机相绕组中存在零序回路，产生的零序电流会增加游标电机的推力脉动和功率损耗。双电源隔离母线供电方式使双逆变器相互隔离，不存在零序电流问题，但隔离双电源的使用增加了系统成本和复杂度。混合电源供电方式是指一侧逆变器的直流母线采用电源供电，另一侧逆变器的直流母线采用电解电容供电，从而构成飞跨电容型双逆变器驱动系统。该驱动拓扑既避免了双电源供电方式的高成本，也抑制了单电源供电方式的零序电流。由于电容侧逆变器只能提供无功功率，而永磁电机在高速运行时也只需要进行无功功率补偿，因此飞跨电容型双逆变器拓扑结构特别适合于永磁同步电机的高性能驱动控制。