[发明专利]一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于永磁同步电机谐波电流控制领域，特别是涉及一种采用注入谐波电压方式来抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法。

背景技术

在永磁同步电机(PMSM)稳态运行中，逆变器开关器件的死区时间、管压降等非线性特性，或齿槽效应、绕组分布形式、磁路磁饱和效应、转子磁极结构等引起的气隙磁场畸变均将造成电机电流波形畸变，使电机电流中含有5、7、11、13次等一系列谐波分量。这些谐波电流分量，尤其是所占比重较大的5、7次谐波电流分量，除了会在永磁同步电机的定子绕组以及铁芯中产生附加损耗，降低电机的运行效率外，还将造成电机电磁转矩和转速的脉动，增加电机运行时的噪声和降低电机运行的可靠性。目前，国内外学者对如何抑制谐波电流，特别是5、7次谐波电流，已开展了相关研究工作。如已公开的下列文献：

(1)基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究.中国电机工程学报，2005，25(15)：146-149.

(2)一种低谐波永磁同步电机的转子.中国发明专利申请号：200410053929.7.

(3)Dead-time elimination of PWM-controlled inverter converter without separate power sources for current polarity detection circuit.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2009，56(6)：2121-2127.

(4)基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法.中国发明专利申请号：201010268341.9.

文献(1)、文献(2)主要以优化电机本体设计，改善气隙磁场分布的正弦度来抑制由于电机气隙磁场畸变引起的谐波电流分量，尤其是较大的5、7次谐波电流分量，但无法抑制由于逆变器开关器件的死区时间，管压降等非线性特性引起的谐波电流。

文献(3)、文献(4)主要采用电流反馈型电压补偿的方法来抑制逆变器开关器件的固有特性和死区时间引起的谐波电流分量，尤其是较大的5、7次谐波电流分量，但无法抑制由于电机气隙磁场畸变引起的谐波电流，且该类方法的有效性较大程度上依赖于电流过零点的检测，电流过零点检测的不准确，将导致误补偿。因此，该方法存在需要增加新的硬件，算法过于复杂，适用性差等局限问题。

在工程实际运用中，考虑到谐波电流产生的因素较多，并且谐波电流含量随电机工作点不同而变化，传统的依据谐波电流产生因素单个补偿方式比较复杂，对谐波电流抑制效果不够理想。因而迫切需要一种新的、简单实用的抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法来有效抑制电机电流中的谐波分量，尤其是抑制所占比重较大的5、7次谐波电流分量，降低永磁同步电机电磁转矩和转速脉动，提高电机的运行效率和运行可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对现有永磁同步电机谐波电流抑制方法的不足，提供一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法，该方法不仅避免了传统的抑制谐波电流方式中需准确检测电流过零点的技术难点，而且还能有效抑制因逆变器非线性特性及电机气隙磁场畸变造成的电机5、7次谐波电流，降低永磁同步电机电磁转矩和转速脉动，提高电机的运行效率和运行可靠性。

该方法可以通过以下技术方案来加以实现，它包括以下步骤：

a)首先采集电机的定子电流信号：利用电流霍尔传感器采集永磁同步电机的三相定子电流信号i_a，i_b，i_c；

b)检测电机的转子位置信号，计算电机的电角速度和电角度：利用转子位置传感器检测得到永磁同步电机的转子位置θ_r及转速ω_r，并根据θ_r及ω_r计算得到永磁同步电机转子电角速度ω＝pω_r及永磁同步电机转子电角度θ＝pθ_r；其中：p为电机的极对数；

c)将采集得到的电机定子电流信号i_a，i_b，i_c经5、7次谐波电流提取模块，分别得到在5次谐波dq同步旋转坐标轴系下的5次谐波d轴分量i_d5th和5次谐波q轴分量i_q5th及在7次谐波dq同步旋转坐标轴系下的7次谐波d轴分量i_d7th和7次谐波q轴分量i_q7th；