IPMSM驱动系统降损耗及降母线电容控制技术研究

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内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)是一种具有特殊转子结构的永磁同步电机,与常规永磁同步电机相比具有凸极特性显著、弱磁升速能力强、转子结构坚固、永磁体用量少等优点。得益于这些优点,IPMSM在现代电力传动应用领域有广阔的发展前景。随着我国自动化水平的不断提升,相关应用领域对电机驱动系统在节能效果、功率密度等方面的性能提出了更高的要求。在这样的情况下,对IPMSM驱动系统的降损耗及降母线电容控制技术进行深入研究,并克服相关技术难点,对促进IPMSM驱动系统在更多应用领域的推广具有重要意义。针对IPMSM参数随运行条件变化对最大转矩电流比(Maximum Torque per Ampere,MTPA)控制精度的影响,本文提出一种基于母线电流谐波的信号注入型MTPA控制方法。通过向电机注入特定信号,并利用从母线电流中提取的MTPA指示因子信息对当前工作点与MTPA点间的偏差进行自动校正,进而可克服电机参数对运行条件敏感带来的影响,实现精确的MTPA控制。与现有信号注入法不同,所提方法避免了与极坐标系相关的坐标变换,并降低了对系统硬件的依赖。经验证,该方法可显著减小IPMSM定子电流幅值,实现了降低IPMSM驱动系统损耗的目的。对于无法进行信号注入的场合,利用MTPA方程直接计算MTPA电流参考,即公式法,是实现MTPA操作的较优选择。然而以往的MTPA方程忽略了电机参数对电流的偏微分,因此基于传统MTPA方程的公式法存在控制精度较差的问题。针对该问题,本文提出一种基于变等效参数MTPA方程的MTPA控制方案。首先给出一种新型恒参数MTPA方程,规避了传统恒参数MTPA方程中涉及的复杂运算;然后,用一个可变等效参数综合了电机参数及其关于电流的偏微分对MTPA电流轨迹的影响,进而将新型恒参数MTPA方程扩展为变等效参数MTPA方程。有异于以往MTPA方程,变等效参数MTPA方程既保留了新型恒参数MTPA方程计算简单的优点,又充分地等效计及了电机参数随运行条件变化特性对MTPA控制的影响。因此,所提MTPA方案可以较为简单地实现比传统公式法更加精确的MTPA控制,有效降低系统损耗。针对小母线电容IPMSM驱动系统母线电容纹波电流相对较大的问题,提出一种基于逆变器母线电流调节的母线电容纹波电流抑制策略。分析了常规控制下母线电容纹波电流相对较大的原因,得出其是由整流器输出电流与逆变器母线电流间6次脉动分量差异较大所造成。根据该原因,所提方法通过补偿电机d、q轴电压来调节逆变器母线电流6次脉动分量,以减小整流器输出电流与逆变器母线电流间6次脉动分量差异,进而降低母线电容纹波电流。该方法不需要电机参数信息,并避免了对可控整流器及其它附加电路的依赖。经验证,所提方法在保证电机调速性能的同时,实现了对小母线电容IPMSM驱动系统电容纹波电流的有效抑制。针对三相不控整流型无电解电容IPMSM驱动系统的电网电流波形质量改善需求,本文在分析整流器输出电流与电网电流间关系的基础上,提出一种基于整流器输出电流调节的电网电流控制方法。在整流器二极管120?最大导通角限制下,选择了总谐波失真率相对较低的120?矩形波作为理想电网电流参考,并根据整流器输出电流与电网电流间的关系确定了相应的整流器输出电流参考。进一步地,通过对整流器输出电流相关分量的闭环调节,间接地使电网电流按照所选理想参考输出。该方法不仅改善了系统网侧电流波形质量,也兼顾了系统逆变侧对电机的较高性能调速。另外,所提方法具有不依赖于电机参数信息的优点,并且不需借助于额外的有源电路。
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