[发明专利]一种三相交流电机电流谐波抑制方法

说明书

一种三相交流电机电流谐波抑制方法，将电机三相电流通过低通滤波器提取出谐波分量总和，然后经过谐波分量调节器获取所需注入的谐波电压分量值，再将谐波电压分量值叠加到d、q轴电流闭环控制器的输出电压控制信号中得到目标参考电压。通过空间矢量脉宽调制技术获取功率驱动模块的控制信号。本发明可以实现对d‑q轴电流直流分量和电流全阶次谐波分量的解耦及独立控制，有效减少各个阶次电流谐波含量。

技术领域

本发明涉及一种三相交流电机控制方法。

背景技术

随着现代工业对电机控制性能的要求越来越高，磁场定向控制被广泛应用于交流电机高性能控制场合。磁场定向控制通过转子磁场的方向来实现的，使得在同步旋转坐标系下能够将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，再经过比例积分调节器获取目标电压参考值，最后利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术来获得功率驱动模块的控制信号，从而实现交流电机的高性能控制。由于交流电机气隙磁场的畸变与逆变器非线性等因素的存在，导致电机三相电流中含有丰富的谐波分量，因此传统的d-q轴调节器既要控制直流分量又要控制交流分量，从而使得电流谐波含量较高。电机绕组与滤波器的感抗对高频电流谐波有较为明显的抑制效果，但是对低频谐波抑制效果有限，低次谐波的存在导致电机的效率降低以及控制器装置可靠性的降低。

为了解决电流中低次谐波对电机控制性能的影响，有学者提出了一些解决方案，如申请号为200410053929.7的专利《一种低谐波永磁同步电机的转子》，该专利主要以优化电机气隙磁场分布的正弦度来改善畸变磁场引起的电流谐波分量，但是其无法改善由于逆变器非线性特性引起的电流谐波分量。申请号为201010268341.9的专利《基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法》，主要通过补偿逆变器的非线性特性来改善电流的谐波含量，但是其无法补偿由于电机气隙磁场畸变引起的谐波电流。申请号为201110145038.4的专利《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》，所提出的方法主要用来改善电流中5次和7次电流谐波分量，由于该方法计算量大结构复杂，并不适合用于对电流中各次谐波分量进行抑制。综上所述可知，为实现电机的高性能控制，需要开发出一种简单实用的电流低次谐波抑制方法。

发明内容

本发明的目的是克服传统的矢量控制电流控制方案中，d-q轴电流调节器主要用于实现对电流的直流分量的控制，无法实现对电流的交流分量有效控制的缺点，提出一种三相交流永磁电机电流谐波抑制方法。

本发明在传统的d-q轴电流闭环控制器的输出电压控制信号u_d、u_q中，分别注入补偿谐波电压控制信号Δu_d、Δu_q，其通过施加目标为零的闭环控制实现对各次谐波电流总和的抑制，而不必对各次谐波电流分量进行分别抑制。本发明在不影响对d-q轴电流的直流分量控制效果的前提下，实现了在旋转坐标系下对d-q轴电流的直流分量和交流分量的解耦控制。

本发明适用于对所有的交流电机包括异步电机、永磁电机和无刷直流电机，以下以永磁电机为例说明本发明的技术方案。

应用本发明的永磁电机调速控制系统包括直流母线电压源、电流采样电路、三相逆变器、DSP控制器和功率驱动模块。本发明通过电流和电压霍尔传感器分别采集直流侧母线电压及永磁电机的相电流，将电压采样信号和电流采样信号经过硬件调理电路后输入DSP控制器中转换为数字信号，数字信号再输入功率驱动模块，实现对永磁电机的控制。

本发明三相交流电机电流谐波抑制方法的步骤包括：

步骤1：将电流传感器采样得到的电机三相电流采样值经过Clark、Park坐标变换，得到d-q轴坐标系下的电流采样值i_d与i_q；