[发明专利]一种三相四开关逆变器的电容电压偏移抑制方法

说明书

本发明公开了一种三相四开关逆变器‑永磁同步电机驱动系统的电容电压偏移抑制方法。在三相四开关逆变器‑永磁同步电机驱动系统中，根据三相四开关逆变器直流母线电压、电流矢量幅值、电容容值、电机电角速度以及转子位置角处理获得三相四开关逆变器的电容各自的电压，将两个电压作差得到电压偏移量，然后对永磁同步电机在αβ坐标系下的参考电压进行修正，利用修正后的参考电压施加到三相四开关逆变器中，控制三相四开关逆变器功率开关管，改善永磁同步电机的性能。本发明修正了参考电压，改善系统控制性能，不需要添加电压传感器或滤波器提取电容电压偏移，也没有复杂的参数调节，实现简单。

技术领域

本发明涉及一种三相四开关逆变器-永磁同步电机驱动系统。特别是涉及一种三相四开关逆变器-永磁同步电机驱动系统的电容电压偏移抑制方法。

背景技术

永磁同步电机因其功率密度高、性能可靠等优点，在工业上得到了广泛的应用。由于减少了功率开关管的使用，拓扑结构更简单的三相四开关逆变器已成为传统三相六开关逆变器的替代品。此外，三相四开关逆变器还可为三相六开关逆变器提供容错控制。因此，三相四开关逆变器-永磁同步电机驱动系统受到了广泛关注。

相比三相六开关逆变器，三相四开关逆变器其中一相桥臂的功率开关管由电容代替，该电容桥臂中点与电机一相绕组相连。该相绕组负载电流对电容充放电，导致电容两端电压变化，产生的电压偏移会造成基本电压矢量偏移，影响系统的控制性能。

为了三相四开关逆变器-永磁同步电机驱动系统的控制性能，一些学者提出了基于模型预测控制的电容电压偏移抑制方法。根据电机数学模型，可以建立电容电压偏移的预测模型，然后在价值函数中加入电容电压偏移抑制项，通过调整加权因子，利用模型预测函数的特点减小电容电压偏移对三相四开关逆变器-永磁同步电机驱动系统性能的影响。然而，模型预测控制本身具有较大计算量，需要复杂的加权因子调整，并有较大电流纹波，不利于永磁同步电机驱动系统控制。

为避免电流纹波并减小计算量，提出了基于矢量控制的电容电压偏移抑制方法。这类方法往往需要在系统中增加电压传感器、硬件电路或滤波器提取电容电压偏差，再采取相应的电容电压偏移抑制方法。但是，使用电压传感器或硬件电路会增加系统的结构和体积，使用滤波器会降低控制系统的动态和稳态性能，并伴有复杂的参数调节，不利于三相四开关逆变器在永磁同步电机驱动系统的应用。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于矢量控制且无需在系统中增加任何硬件结构、滤波器并且无需复杂参数调节的三相四开关逆变器电容电压偏移抑制方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明方法应用于三相四开关逆变器-永磁同步电机驱动系统，三相四开关逆变器的输出端连接到永磁同步电机，而控制永磁同步电机。

所述的三相四开关逆变器中，两相桥臂各自均是由两个功率开关管构成，一相桥臂是由两个电容C₁、C₂构成。

具体是在三相四开关逆变器-永磁同步电机驱动系统中，根据三相四开关逆变器直流母线电压、电流矢量幅值、电容容值、电机电角速度以及转子位置角处理获得三相四开关逆变器的电容C₁、C₂各自的电压V_dc1、V_dc2，将两个电压作差得到电压偏移量ΔV，然后对永磁同步电机在αβ坐标系下的参考电压u_α、u_β进行修正，利用修正后的参考电压u_α、u_β施加到三相四开关逆变器中，控制三相四开关逆变器功率开关管，改善永磁同步电机的性能。

所述的用修正后的参考电压u_α、u_β经过SVPWM算法的处理获得三相电压控制量，再输入到三相四开关逆变器中。

方法过程具体如下：