[发明专利]一种基于飞跨电容的永磁电机单位功率因数弱磁控制方法

说明书

本发明公开了一种基于飞跨电容的永磁电机单位功率因数弱磁控制方法。所述控制方法包括以下步骤：速度外环控制器由比例积分控制器构成，生成q轴电流参考值；q轴内环控制器同样采用比例积分控制器，获得电机q轴电压参考值；d轴电流参考值由dq轴实时监测到的电压得到；随着速度的提升，电机运行所需电压迅速上升，考虑到实际应用中，电源电压难以进行改变，在速度达到极限的条件下，若想进一步提升速度，需采用弱磁控制。本发明能够使得电源逆变器仅提供电机运行所需有功功率，其余无功功率由电容逆变器提供，电机系统运行于单位功率因数状态，并采用弱磁控制的方法扩展的电机的调速范围，扩展电机运行的恒功率区，实现永磁电机的高性能控制。

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，尤其涉及一种飞跨电容开绕组弱磁控制领域，具体是一种开绕组单位功率因数弱磁控制，有利于提高永磁电机功率因数，改善电机的控制性能。

背景技术

随着电动汽车、风力发电、海浪发电等高新技术的快速发展，如何提升其中电机系统的可靠性和能量转换的效率已成为了这些领域中的热点问题。在此技术背景下，一种永磁游标电机，以其高的功率密度和结构简单的特点，被广泛认为在直接驱动系统中具有广阔的应用前景。但是，传统永磁电机的漏磁较大，功率因数较低，往往需要配备较大容量的逆变器，这无疑会增加系统的成本。因此，功率因数的提高对降低系统的无功功率和提高驱动系统的效率至关重要。

另一方面，由于功率器件的电压容量和载流能力有限，单个两电平逆变器难以满足高压，大功率应用需求。相比传统两电平逆变器，多电平逆变器具有电磁噪声低，谐波电压小等优点，已成功应用于高压、大功率和高可靠性领域。作为多电平逆变器的一种，开绕组驱动系统将Y型定子绕组的中性点打开，六个绕组端子分别连接到两个标准两电平逆变器。如果开绕组驱动系统中的一个逆变器由飞跨电容供电，不仅结构简化，成本降低，并且恒功率调速范围可以超过单个逆变器的最大调速范围。

矢量控制由于稳态性能好，鲁棒性强而被广泛使用。在矢量控制的基础上引入弱磁控制和单位功率因数控制，以获得较宽的调速范围，实现有功无功功率的解耦，减轻了电源的无功负担。空间矢量脉冲宽度调制型控制具有许多优点，例如，更好的直流电压利用率，更低的转矩脉动，并且更容易在数字驱动器中实现，因此更适用于高可靠性需求领域。

发明内容

本发明针对永磁电机功率因数低的问题，利用功率理论解耦电机所需功率流，全部无功功率由电容器组提供，使电机系统在单位功率因数状态下运行，从而获得更高电压利用率。并引入弱磁控制，实现电机的弱磁扩速，进一步提高电机的控制性能。通过空间矢量调制控制策略，减小转矩和磁链脉动，获得固定的开关频率，降低电磁噪声。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于飞跨电容的永磁电机单位功率因数弱磁控制方法，包括以下步骤：

1)构建被控系统：被控系统由永磁电机与两套逆变器组成，包括主逆变器与电容逆变器；

2)采集位置传感器信息，获得电机速度和位置；采集电流传感器信息，获得电机各相电流，进行坐标变换后，计算获得电机dq轴电流，并通过q轴电流调节器得到q轴参考电压，d轴电流参考值由弱磁模块得到；

3)采集电容逆变器中电容器组的电压，与电容电压给定值u_cap^*比较，将差值送入电容PI控制器，得到电容充电参考电压u_cpi；

4)采用电流反馈解耦方式来减弱dq轴电流的耦合，并利用功率解耦理论对电机运行所需功率进行解耦，通过单位功率因数模块重新分配有功功率与无功功率，结合电容充电参考电压u_cpi分别计算获得两个逆变器的参考电压矢量；

5)将计算获得的两套逆变器的参考电压矢量，利用SVPWM技术，获得两套逆变器各个功率器件的占空比，将正确电压作用在电机上，实现飞跨电容的永磁电机单位功率因数弱磁控制。