多相電機(jī)統(tǒng)一SVPWM調(diào)制及無速度傳感器控制實(shí)現(xiàn)方法研究

李貴彬　李永東　鄭澤東　彭忠　劉自程

摘 要：針對(duì)多相電機(jī)統(tǒng)一SVPWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)問題及多相電機(jī)全階觀測(cè)器無速度傳感器矢量控制的實(shí)現(xiàn)問題，在傳統(tǒng)三相電機(jī)零序電壓注入SPWM實(shí)現(xiàn)SVPWM調(diào)制的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了多相電機(jī)統(tǒng)一SVPWM實(shí)現(xiàn)方法和多相電機(jī)矢量控制統(tǒng)一坐標(biāo)變換理論及基于全階觀測(cè)器的無速度傳感器矢量控制理論。以五相異步電機(jī)為例，研究了零序電壓注入方法下的SVPWM電壓利用率提高百分比、五相異步電機(jī)基于全階觀測(cè)器的無速度傳感器矢量控制，并在五相異步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的統(tǒng)一SVPWM調(diào)制方法可以提高電壓利用率、優(yōu)化諧波性能。統(tǒng)一多相電機(jī)全階觀測(cè)器無速度傳感器矢量控制可以實(shí)現(xiàn)多相電機(jī)無傳感器控制、減小系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性。

關(guān)鍵詞：統(tǒng)一SVPWM；全階觀測(cè)器；無速度傳感器；電壓利用率；多相電機(jī)

中圖分類號(hào)：TM 346+.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-449X（2018）01-0061-11

0 引 言

多相電機(jī)具有功率密度大、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、可靠性高、容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)越的性能使得多相電機(jī)被應(yīng)用于冶金、軋鋼、機(jī)車牽引、船舶推進(jìn)等場(chǎng)合[1-2]。

近年來多相電機(jī)變換器控制技術(shù)得到了廣泛的研究，文獻(xiàn)[3-4]對(duì)多相電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減小展開了研究，提出了通過抑制電流脈動(dòng)的方法對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行抑制。文獻(xiàn)[5]對(duì)多相電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)下母線電壓利用率的極限進(jìn)行了討論，提出了多相電機(jī)在傳統(tǒng)調(diào)制方法下母線電壓利用率的極限點(diǎn)；但并沒有詳細(xì)的討論提高母線電壓利用率的具體方法。文獻(xiàn)[6]對(duì)開繞組五相電機(jī)共模電壓的抑制方法提出了抑制策略，仿真和實(shí)驗(yàn)均表明了提出方法的有效性。文獻(xiàn)[7]對(duì)五相電機(jī)進(jìn)行了基于反電動(dòng)勢(shì)方法的無速度傳感器矢量控制的研究，取得了并不理想的效果。文獻(xiàn)[8-11]從五相電機(jī)容錯(cuò)策略進(jìn)行研究，提出了減小電流脈動(dòng)、提高轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率、減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值的容錯(cuò)策略，取得了良好的效果，但算法復(fù)雜，在控制頻率較高時(shí)智能芯片無法實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[12-13]分別針對(duì)九相永磁同步電機(jī)和六相永磁同步電機(jī)故障情況下的磁通切換進(jìn)行了分析研究，分別提出了一種有效抑制磁通變化的控制策略，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[14]針對(duì)六相異步電機(jī)的電流預(yù)測(cè)控制策略進(jìn)行了研究，電流預(yù)測(cè)控制優(yōu)化了電流波形，減小了電流諧波，大大減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，取得了良好的效果。

本文提出了一種針對(duì)任意相電機(jī)提高電壓利用率的統(tǒng)一SVPWM諧波注入策略，對(duì)注入諧波的幅值和頻率進(jìn)行了理論推導(dǎo)。提出了多相異步電機(jī)統(tǒng)一無速度傳感器矢量控制方法，該方法對(duì)任意相異步電機(jī)均可使用，對(duì)任意相異步電機(jī)無速度傳感器全階觀測(cè)器方法進(jìn)行了推導(dǎo)，詳細(xì)說明了無速度傳感器全階觀測(cè)器方法在異步多相電機(jī)中的統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)過程。以五相電機(jī)為例對(duì)統(tǒng)一SVPWM無速度傳感器矢量控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 統(tǒng)一SVPWM實(shí)現(xiàn)

多相電機(jī)按繞組位置關(guān)系分類可以分為對(duì)稱多相電機(jī)和非對(duì)稱多相電機(jī)，非對(duì)稱多相電機(jī)指相鄰獨(dú)立出線端所對(duì)應(yīng)的定子相繞組之間，在一個(gè)極距內(nèi)相互間隔的電角度不同，如圖1（a）所示。同理，對(duì)稱多相電機(jī)指在一個(gè)極距內(nèi)相互間隔的電角度相同，如圖1（b）所示。在統(tǒng)一SVPWM實(shí)現(xiàn)過程中將電機(jī)繞組分為3的倍數(shù)相和非3的倍數(shù)相兩種。對(duì)于統(tǒng)一SVPWM的實(shí)現(xiàn)，多相電機(jī)繞組分布是否對(duì)稱對(duì)實(shí)現(xiàn)方式并無影響。下面針對(duì)不同相數(shù)的多相電機(jī)逐一討論。

圖15是統(tǒng)一SVPWM作用前后的電流頻譜圖，統(tǒng)一SVPWM方法施加前和統(tǒng)一SVPWM方法施加前后各次諧波幅值基本無變化，統(tǒng)一SVPWM施加后的總諧波含量略有減小。統(tǒng)一SVPWM方法提高了電壓利用率的同時(shí)也減少了五相電機(jī)電流中的總諧波含量。

4 結(jié) 論

針對(duì)多相電機(jī)提出的統(tǒng)一SVPWM實(shí)現(xiàn)方法可以提高電壓利用率、減小THD含量。該實(shí)現(xiàn)方法可以針對(duì)任意相（相數(shù)大于3）電機(jī)實(shí)現(xiàn)SVPWM調(diào)制。提出的多相異步電機(jī)全階觀測(cè)器矢量控制方法可以實(shí)現(xiàn)任意相（相數(shù)大于3）異步電機(jī)的無速度傳感器矢量控制。提出的方法將多相電機(jī)下的SVPWM和全階觀測(cè)器無速度傳感器矢量控制算法進(jìn)行了推廣，具有一定的理論意義和實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)：

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（編輯：張 楠）