[发明专利]一种基于矢量控制的多相感应电机电子变极控制方法

摘要

本发明涉及一种基于矢量控制的多相感应电机电子变极控制方法。本发明利用多相电机多控制自由度的特性，采用转子磁场定向矢量控制对各d-q平面的电流进行独立的解耦控制，从而控制电机在不同极对数的旋转磁场下运行。与传统的变极技术相比，本发明实现了在不停电情况下的电子变极，不仅能扩大电机的恒功率运行范围，而且低速时采用较大的极对数有较好的启动性能，高速时采用较小的极对数，相同的速度相对变频调速具有较低的电流频率，从而减小开关频率和铁耗。且在电子变极过程中，电流和转矩过渡平稳，具有高可靠性，尤其适合大功率场合。

主权项

1.一种基于矢量控制的多相感应电机电子变极控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1.建立多相系统的同步速旋转坐标变换矩阵，如式(1)所示，在该矩阵下通过采用n-1个电流闭环对d₁-q₁平面的基波电流和其它d-q平面的谐波电流分别进行独立的解耦控制，通过改变供电电压相位和幅值来分别控制相应的谐波电流矢量，得到相应的旋转磁场旋转；(1)式中：n是电机的相数，n≥3；是各相之间的空间角度；，，，其中w为坐标系d₁-q₁平面的旋转电角速度；根据三相电机转子磁场定向矢量控制，得到多相电机转子磁场定向矢量控制中d₁-q₁平面的转矩电流分量i_1qs、激磁电流分量i_1ds以及转差角频率w_1s分别如式(2)、(3)、(4)所示：(2)(3)(4)式中：p为电机极对数；L_1r是d₁-q₁平面的转子电感；L_1m是d₁-q₁平面的激磁电感；T_1e是d₁-q₁平面的电磁转矩；，R_1r是d₁-q₁平面的转子电阻；w_r是转速角频率；是d₁-q₁平面的d轴参考磁链；步骤2.电机磁密B用式(5)来表示：(5)式中：是电角度；，其中k₁、k₃和k_n-2分别是d₁-q₁平面、d₃-q₃平面和d_n-2-q_n-2平面的折算系数；由，和，可得其它d-q平面d轴给定气隙磁链如式(6)所示：(6)式中：是基波平面d轴给定气隙磁链；N₁、N₃和N_n-2分别是每相绕组函数的基波平面、3次谐波平面和n-2次谐波平面的谐波幅值；对q轴的气隙磁链做相应的补偿，使补偿后各平面气隙在同一直线上，即使各平面磁链转子d轴磁链的位置错开角度，在d₁-q₁平面的角度如式(7)所示：(7)式中：，其中是d₁-q₁平面的转子谐波漏感；补偿后的d₁-q₁平面d轴给定气隙磁链如式(8)所示：(8)d_v-q_v平面的角度如式(9)所示：(9)补偿后的d_v-q_v平面d轴给定气隙磁链如式(10)所示：(10)由此得到补偿后的各d-q平面的d轴参考磁链，从而可得各d-q平面的激磁电流分量；步骤3.由于各次谐波磁场其磁场旋转的机械角速度与基波相同，因此其相应的谐波磁场旋转电角速度如式(11)所示：(11)将上述各次谐波磁场旋转电角速度代入转差公式(4)，通过计算可得各d-q平面的转矩电流分量，如式(12)所示：(12)式中：R、L和Ψ分别表示电阻、电感和磁链；下标r、s和m分别表示转子、定子和激磁分量；步骤4.根据式(1)将自然坐标系下的电机定子电压和电流变换为同步速旋转坐标系下的直流分量，电机的基波在d₁-q₁平面的电压方程和转矩方程，分别如式(13)-(14)所示：(13)(14)式中：L_1s是d₁-q₁平面的定子电感；T_1e是基波平面电磁转矩；电机的v次谐波在d_v-q_v平面的电压方程和转矩方程分别如式(15)-(16)所示：  (15)(16)式中：L_vs是d_v-q_v平面的定子电感；T_ve是v次谐波平面电磁转矩；步骤5.由上述(13)和(15)电机的电压方程可知，各平面间相互解耦，对一台n相p对极电机来说，I₁对应于p对极，当定子绕组施加基波电压时形成I₁，电机按照p对极旋转；I_v对应于vp对极，当定子绕组施加v次谐波电压时形成I_v，电机按照vp对极旋转；从而可以通过改变供电电压相位和幅值来分别控制相应的谐波电流矢量I₁和I_v，控制电机在p对极和vp对极的旋转磁场旋转；步骤6.将上述计算得到的各d-q平面的激磁电流分量、转矩电流分量和反馈得到的各d-q平面的实际激磁电流分量和转矩电流分量通过PI调节计算，可得各d-q平面的激磁电压分量参考值和转矩电压分量参考值；步骤7.将上述的各d-q平面的激磁电压分量参考值和转矩电压分量参考值，通过多相坐标反变换，得到转子多相静止坐标系下的转子电压参考值，并输入PWM发生器，控制多相逆变器各相桥臂的全控型功率器件开通和关断，不同平面内的电压或电流反坐标变换得到的电压或电流相位差不等，从而可在不同平面间进行切换以实现电机的电子变极。