双三相永磁同步电机谐波电流抑制策略的研究
发布时间：2021-11-08 13:55
双三相永磁同步电机相比于三相永磁同步电机具有可靠性高、转矩波动小、容错能力强等特点,适合将其应用于船舶、航空航天及电动汽车等方向。但是双三相永磁同步电机由于含有谐波子空间,较小的电压畸变就会导致过大的谐波电流。论文把双三相永磁同步电机作为研究对象,并设计控制算法对其谐波电流进行抑制。首先,论文对在自然坐标系下的双三相永磁同步电机结构进行推导说明,再通过矢量空间解耦变换对其模型进行解耦并搭建相应的仿真模型。通过数学公式的推导分析逆变器死区对双三相永磁同步电机谐波电流的影响,于矢量空间解耦坐标系下在Simulink里搭建包含逆变器死区的仿真模型,对双三相永磁同步电机谐波电流进行仿真对比分析。其次,详细的分析了准比例谐振控制器的基本原理以及为什么要在谐波子平面上采用准PR控制器来代替传统的PI控制。针对传统的PI控制在谐波子平面上难以对周期信号进行无静差的跟踪调节,采用Bode图来详细的分析准比例谐振控制器如何在谐波子平面进行无静差跟踪以及各个参数对系统调节的影响。为了简化系统降低参数调节的难度,采用将两个准比例谐振控制器进行并联的方式,给出其数学模型并得出其Bode图来验证其可行性。由于单...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六相电机按空间分布结构图
沈阳工业大学硕士学位论文8a表贴式b内置式图2.2六相电机按转子结构划分图Fig.2.2Thediagramofsix-phasemotordividedbyrotorstructure2.2.2自然坐标系下的数学模型本文所建立的双三相永磁同步电机数学模型表现的是电机内部各物理量之间的相互关系，通过对各部分之间的物理定义和机械关系来推导出电机内各物理量具体的数学关系。由于现实建模中很难精准的推导出所有的数学模型，为了简化分析，通常需要假设理想永磁电机含有以下假设条件[56]：（1）不计绕组之间的互感以及转子中不加入阻尼绕组；（2）定、转子表面光滑，定、转子所产生的气隙磁场作正弦分布；（3）永磁体磁势恒定并且电机的各参数不受温度升高所带来的的影响；（4）不计涡流、铁芯磁饱和效应以及磁滞损耗。自然坐标系下双三相永磁同步电机的电压和磁链方程分别为：ssssssssfdURIdtLI（2.1）其中，Us为定子电压（单位V），Us=[uAuBuCuDuEuF]T；Rs为定子电阻（单位Ω），Rs=diag[RRRRRR]；Is为定子电流（单位A），Is=[iAiBiCiDiEiF]T；ψs为定子磁链（单位Wb），ψs=[ψAψBψCψDψEψF]T；λs为磁链系数矩阵，λs=[cosθecos(θe-2π/3)cos(θe-4π/3)cos(θe-π/6)cos(θe-5π/6)cos(θe-3π/2)]T；θe表示A相绕组轴线和转子纵轴之间的电角度夹角；ψf为磁链幅值（单位Wb）；Ls为定子电感矩阵。双三相电机的电磁转矩可以通过从机电能量转化的角度出发，通过磁场储能对机械角度求偏导得出：Tenssm1()2TPI（2.2）
第2章双三相永磁同步电机数学模型9其中，Te为电磁转矩，Pn为极对数，θm机械角度。双三相电机的运动方程为：meLm1(TT)dwBwdtJ（2.3）其中，B表示电机的阻尼系数，J表示电机的转矩惯量，wm表示电机的机械角速度，TL为负载转矩。如果不能对双三相PMSM中的各个物理量进行解耦，那么这个系统将难以分析并且很难实现对其进行有效的控制。对于双三相电机的解耦问题，可以从三相电机的解耦中得到启发，通过矢量空间坐标变换，把在自然坐标系中随时间变化的具有强耦合性的电压电流转化到三个相互正交的子平面上，实现其相互之间的解耦变换。2.3双三相PMSM的矢量空间解耦变换控制系统中，将直流电通入如图2.3所示的逆变桥中，可以变换成频率、幅值、相位可以任意变换的交流量，再把这个交流量传输到双三相PMSM定子绕组上用以驱动电机运行。图2.3双三相电机驱动控制图Fig.2.3ThedrivingcontroldiagramofDualthreephasemotor根据需要找到一组相互正交的六维矢量进过变换转发才一组标准正交基来对双三相PMSM中的各变量进行相互解耦。双三相PMSM不同次数谐波矢量形式可以做如下定义：k()cos()cos(4)cos(8)cos()cos(5)cos(9)Swtkwtkwtkwtkwtkwtkwt（2.4）其中，δ=π/6，k=1,3,5…表示谐波次数。不同次数的谐波向量Sk(wt)对应不同的时间函数。在式（2.4）中，当k=1时，分别令wt=0和wt=π/2，则得到一个α-β子空间：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车用五相感应电机容错控制[J]. 康敏,孔武斌,黄进. 电机与控制学报. 2014(03)
[2]基于无差拍控制的永磁同步电机鲁棒电流控制算法研究[J]. 牛里,杨明,王庚,徐殿国. 中国电机工程学报. 2013(15)
[3]基于准谐振控制器的零序环流抑制[J]. 许铁岩,罗耀华. 电机与控制学报. 2012(11)
[4]基于PR控制器的永磁同步电机弱磁控制研究[J]. 肖文英,黄守道. 湘潭大学自然科学学报. 2011(04)
[5]单绕组五相永磁无轴承电机的SVPWM控制[J]. 姜海博,黄进,康敏. 电工技术学报. 2011(01)
[6]双三相永磁同步电机的建模与矢量控制[J]. 杨金波,杨贵杰,李铁才. 电机与控制学报. 2010(06)
[7]多相永磁同步电机多维控制技术[J]. 薛山,温旭辉,王又珑. 电工技术学报. 2008(09)
[8]多相永磁同步电动机不对称运行的矢量控制[J]. 欧阳红林,周马山,童调生. 中国电机工程学报. 2004(07)
[9]P对极n相对称系统的变换理论[J]. 黄进. 电工技术学报. 1995(01)
[10]应用P对极N相变换分析定子绕组故障的同步发电机[J]. 黄进. 中国电机工程学报. 1994(05)
博士论文
[1]双三相永磁同步电机驱动及容错控制技术研究[D]. 周长攀.哈尔滨工业大学 2016
[2]六相永磁同步发电机控制技术研究[D]. 刘剑.哈尔滨工业大学 2014
[3]双三相永磁同步电机驱动系统的研究[D]. 孟超.湖南大学 2012
[4]双三相永磁同步电机驱动技术研究[D]. 杨金波.哈尔滨工业大学 2011
[5]多相感应电动机的谐波问题研究[D]. 王铁军.华中科技大学 2009
[6]船舶电力推进六相同步电动机控制系统研究[D]. 张敬南.哈尔滨工程大学 2009
[7]多电平六相同步电机变频调速全数字控制技术研究[D]. 姚文熙.浙江大学 2005
[8]多相永磁同步电动机调速系统控制方法的研究[D]. 欧阳红林.湖南大学 2005
硕士论文
[1]双三相电机矢量控制及容错控制策略研究[D]. 张平.浙江大学 2014
[2]逆变器带非线性负载的控制方法研究[D]. 方超.哈尔滨工程大学 2013
[3]双Y移30度永磁同步电机矢量控制策略研究[D]. 任远.浙江大学 2012
本文编号：3483831
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六相电机按空间分布结构图
沈阳工业大学硕士学位论文8a表贴式b内置式图2.2六相电机按转子结构划分图Fig.2.2Thediagramofsix-phasemotordividedbyrotorstructure2.2.2自然坐标系下的数学模型本文所建立的双三相永磁同步电机数学模型表现的是电机内部各物理量之间的相互关系，通过对各部分之间的物理定义和机械关系来推导出电机内各物理量具体的数学关系。由于现实建模中很难精准的推导出所有的数学模型，为了简化分析，通常需要假设理想永磁电机含有以下假设条件[56]：（1）不计绕组之间的互感以及转子中不加入阻尼绕组；（2）定、转子表面光滑，定、转子所产生的气隙磁场作正弦分布；（3）永磁体磁势恒定并且电机的各参数不受温度升高所带来的的影响；（4）不计涡流、铁芯磁饱和效应以及磁滞损耗。自然坐标系下双三相永磁同步电机的电压和磁链方程分别为：ssssssssfdURIdtLI（2.1）其中，Us为定子电压（单位V），Us=[uAuBuCuDuEuF]T；Rs为定子电阻（单位Ω），Rs=diag[RRRRRR]；Is为定子电流（单位A），Is=[iAiBiCiDiEiF]T；ψs为定子磁链（单位Wb），ψs=[ψAψBψCψDψEψF]T；λs为磁链系数矩阵，λs=[cosθecos(θe-2π/3)cos(θe-4π/3)cos(θe-π/6)cos(θe-5π/6)cos(θe-3π/2)]T；θe表示A相绕组轴线和转子纵轴之间的电角度夹角；ψf为磁链幅值（单位Wb）；Ls为定子电感矩阵。双三相电机的电磁转矩可以通过从机电能量转化的角度出发，通过磁场储能对机械角度求偏导得出：Tenssm1()2TPI（2.2）
第2章双三相永磁同步电机数学模型9其中，Te为电磁转矩，Pn为极对数，θm机械角度。双三相电机的运动方程为：meLm1(TT)dwBwdtJ（2.3）其中，B表示电机的阻尼系数，J表示电机的转矩惯量，wm表示电机的机械角速度，TL为负载转矩。如果不能对双三相PMSM中的各个物理量进行解耦，那么这个系统将难以分析并且很难实现对其进行有效的控制。对于双三相电机的解耦问题，可以从三相电机的解耦中得到启发，通过矢量空间坐标变换，把在自然坐标系中随时间变化的具有强耦合性的电压电流转化到三个相互正交的子平面上，实现其相互之间的解耦变换。2.3双三相PMSM的矢量空间解耦变换控制系统中，将直流电通入如图2.3所示的逆变桥中，可以变换成频率、幅值、相位可以任意变换的交流量，再把这个交流量传输到双三相PMSM定子绕组上用以驱动电机运行。图2.3双三相电机驱动控制图Fig.2.3ThedrivingcontroldiagramofDualthreephasemotor根据需要找到一组相互正交的六维矢量进过变换转发才一组标准正交基来对双三相PMSM中的各变量进行相互解耦。双三相PMSM不同次数谐波矢量形式可以做如下定义：k()cos()cos(4)cos(8)cos()cos(5)cos(9)Swtkwtkwtkwtkwtkwtkwt（2.4）其中，δ=π/6，k=1,3,5…表示谐波次数。不同次数的谐波向量Sk(wt)对应不同的时间函数。在式（2.4）中，当k=1时，分别令wt=0和wt=π/2，则得到一个α-β子空间：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车用五相感应电机容错控制[J]. 康敏,孔武斌,黄进. 电机与控制学报. 2014(03)
[2]基于无差拍控制的永磁同步电机鲁棒电流控制算法研究[J]. 牛里,杨明,王庚,徐殿国. 中国电机工程学报. 2013(15)
[3]基于准谐振控制器的零序环流抑制[J]. 许铁岩,罗耀华. 电机与控制学报. 2012(11)
[4]基于PR控制器的永磁同步电机弱磁控制研究[J]. 肖文英,黄守道. 湘潭大学自然科学学报. 2011(04)
[5]单绕组五相永磁无轴承电机的SVPWM控制[J]. 姜海博,黄进,康敏. 电工技术学报. 2011(01)
[6]双三相永磁同步电机的建模与矢量控制[J]. 杨金波,杨贵杰,李铁才. 电机与控制学报. 2010(06)
[7]多相永磁同步电机多维控制技术[J]. 薛山,温旭辉,王又珑. 电工技术学报. 2008(09)
[8]多相永磁同步电动机不对称运行的矢量控制[J]. 欧阳红林,周马山,童调生. 中国电机工程学报. 2004(07)
[9]P对极n相对称系统的变换理论[J]. 黄进. 电工技术学报. 1995(01)
[10]应用P对极N相变换分析定子绕组故障的同步发电机[J]. 黄进. 中国电机工程学报. 1994(05)
博士论文
[1]双三相永磁同步电机驱动及容错控制技术研究[D]. 周长攀.哈尔滨工业大学 2016
[2]六相永磁同步发电机控制技术研究[D]. 刘剑.哈尔滨工业大学 2014
[3]双三相永磁同步电机驱动系统的研究[D]. 孟超.湖南大学 2012
[4]双三相永磁同步电机驱动技术研究[D]. 杨金波.哈尔滨工业大学 2011
[5]多相感应电动机的谐波问题研究[D]. 王铁军.华中科技大学 2009
[6]船舶电力推进六相同步电动机控制系统研究[D]. 张敬南.哈尔滨工程大学 2009
[7]多电平六相同步电机变频调速全数字控制技术研究[D]. 姚文熙.浙江大学 2005
[8]多相永磁同步电动机调速系统控制方法的研究[D]. 欧阳红林.湖南大学 2005
硕士论文
[1]双三相电机矢量控制及容错控制策略研究[D]. 张平.浙江大学 2014
[2]逆变器带非线性负载的控制方法研究[D]. 方超.哈尔滨工程大学 2013
[3]双Y移30度永磁同步电机矢量控制策略研究[D]. 任远.浙江大学 2012
本文编号：3483831
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