[发明专利]永磁游标电机单位功率因数直接转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种基于飞跨电容的永磁游标电机单位功率因数直接转矩控制方法。采集信息获得电机磁链与电机转矩；磁链幅值参考值由最大转矩每安培理论得到；电容器组电压采样后反馈至电容比例积分控制器，用以计算充电电压参考值；采用矢量调制型直接转矩控制方法得到参考电压矢量；利用瞬时功率理论解耦所得参考电压矢量，将有功电压分配至电源逆变器，配合电容逆变器合成所需参考电压矢量。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，并能够减小转矩和磁链脉动，固定开关频率，降低电磁噪声，实现永磁游标电机的高性能控制。

技术领域

本发明涉及永磁游标电机领域，尤其涉及一种飞跨电容开绕组直接转矩控制领域，具体是一种开绕组单位功率因数直接转矩控制，有利于提高永磁游标电机功率因数，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，以其高的转矩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，传统永磁游标电机的漏磁较大，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。

直接转矩控制由于控制结构简单，响应迅速而被广泛使用。传统的直接转矩控制采用滞环比较器和开关表，以获得快速的动态响应和良好的鲁棒性，但却带来转矩和磁链脉动，不固定的开关频率以及电磁噪声。空间矢量脉冲宽度调制型直接转矩控制具有许多优点，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

本发明针对永磁游标电机功率因数低的问题，利用瞬时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。并通过空间矢量调制型直接转矩控制策略，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游标电机单位功率因数直接转矩控制方法，包括以下步骤：

构建被控系统：被控系统由永磁游标电机与两套逆变器组成；

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，计算获得电机磁链与电机转矩；

将电机实际速度与给定速度比较，比较差值送入速度PI控制器以获得电机运行所需的参考转矩，利用最大转矩电流比理论，计算获得参考磁链幅值；将估算的电机转矩与参考转矩比较，差值送入PI控制器以获得参考转矩角变化值；

利用控制器得到的参考定子磁链的幅值ψ_s^*与参考转矩角变化值Δδ，以及采样得到的电机位置、磁链等信息，进行矢量调制型直接转矩控制，计算获得电机运行时所需的电压矢量；

采集电容器组电压，与电容电压给定值比较，将差值送入电容PI控制器，得到电容充电参考电压u_cpi；

利用瞬时功率理论，对电机运行所需功率进行解耦，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；