一种永磁同步电机逆变补偿器的构造方法

专利检索2026-02-04  1


本发明属于电机控制应用,涉及一种永磁同步电机的控制技术,具体是永磁同步电机逆变补偿器的构造方法。


背景技术:

1、随着电机领域的迅速发展,永磁同步电机基于其体积小、结构简单、性能优异、效率高等特点,在工业领域尤其是航空航天,汽车等领域得到广泛的应用。目前工业上一般采用三相电压型桥式逆变器来驱动永磁同步电机,其控制原理一般采用pwm调制技术。为了避免上下桥臂直通从而引起短路,需要加入一定的死区时间,而人为加入的死区时间会导致电压的损失,相电流和电压的波形发生变形,从而导致永磁电机运行的精度的下降,这种现象称为死区效应。

2、目前为了避免死区效应带来的一系列问题,需要对电压进行补偿,主要的补偿技术方案有以下几种:

3、1.先测量采集各种电机停转状态下的电机电流,得到在不同电流下的电机死区损失电压,并存储在存储器中。当电机开始转动后,再根据采样的电流进行插值查表来得到需要补偿的死区电压值。存在以下两种方法:

4、第一种:采用d,q两轴电流来预测得到a,b,c三相电流。在电机的稳态工况下,对d,q轴电流进行低通滤波处理,但在不稳定的工况下如瞬态工况下,当d,q两轴出现瞬间变化后,先前采用的低通滤波方法就会使d,q两轴产生误差,从而影响a,b,c三相电流的误差。此外,即使处于稳态工况时,d,q轴电流的噪声可以滤除的比较干净,但当进行反clark变换时又用到了位置信号,又引进了位置信号的误差,这也会影响补偿的效果,特别是跨零点附近。

5、第二种:采集相电流进行插值查表计算法进行电压补偿,此方法的一大缺点是在相电流的采集时不可避免的会产生采样噪声。当电流过小时,会造成误补偿的现象出现。为了消除误补偿的现象,必须在采样时对采样电流进行滤波从而消除其采样噪声。但是进行滤波一定会对相位进行之后处理以及导致电流出现衰减现象,所以这种补偿方法一般会有较大的补偿误差,与预期会存在很大的差异。

6、2.先设计一款额外的硬件电路来对逆变器输出的相电压进行采样分析,与已经设定好的指令脉冲进行比较,通过硬件的计算得到实际的死区时间。根据这个比较精确的死区时间对逆变器输出的实时电压进行补偿。该种控制方法所需要的算法比较简单且能精确补偿电压,但额外设计一个硬件电路也会徒增成本。

7、中国专利公开号为cn110739900的文献中提出了一种精确补偿逆变器非线性损失的方法,此方法虽然综合考虑了逆变器不同桥臂、不同开关频率、不同电流时候的特性差异,但当使用不同参数的逆变器时,需要先对电机进行停转后注入电流与载波信号等参数来进行计算补偿参数,经过存储后才能进行逆变器死区补偿。这样的处理方式在应对不同逆变器时会浪费大量的时间。中国专利公开号为cn114123751的文献中提出一种死区补偿方法,为通过电流采样模块采集逆变器电路的电流信号,并将电流信号处理得到扰动电压信号好,利用扰动电压信号生成补偿电压反馈输出控制信号到逆变器电路;此补偿方法在补偿过程缺少记忆存储模块,会导致较大的计算量,在电机逆变器模块上需要额外设计一个处理硬件电路来进行处理,虽能比较精确的控制补偿电压,但会占用一定的空间和徒增硬件电路的设计和生产成本。


技术实现思路

1、本发明针对以上的问题,提出一种永磁同步电机逆变补偿器的构造方法,在不改变硬件的前提下,基于逆变器本身的工作参数来构造逆变补偿器,采用等效时间补偿法来对逆变器死区效应进行补偿,使死区补偿更加精确。

2、本发明所述的一种永磁同步电机逆变补偿器的构造方法采用的技术方案是:

3、步骤a):由预处理模块串接在数据处理模块之前构成逆变器数据处理系统,预处理模块的输入为逆变器的开关管在导通状态下的两端电压vleft和vright、电机母线电压udc、延迟时间tdelay、电机工作电流i、开关管导通时间误差tact和开关管电流in,输出为开关管的压降vdown、开通时间ton和关断时间toff;数据处理模块将所述的开关管的压降vdown、开通时间ton、关断时间toff、延迟时间tdelay、开关管导通时间误差tact作为输入信号输入到数据处理模块,输出为实际工作电压vact;

4、步骤b):由判断模块、数据存储模块、误差参数计算模块和电压计算模块共同构成电压处理系统,判断模块对t时刻的实际工作电压vact(t)与数据存储模块中存储的t-1时刻及之前的所有实际工作电压vall作判断,若vact(t)不存在vall中,则判断模块输出判断电压vjus2=vact(t)到误差参数计算模块中,误差参数计算模块根据理想工作电压vid和判断电压vjus2计算出电压辨别误差参数ycal;反之,则判断模块输出判断电压vjus1至电压计算模块,电压计算模块根据所述判断电压vjus1、电压辨别误差参数ycal和理想工作电压vid计算出补偿误差电压verr;

5、步骤c):由死区补偿时间计算模块串接在补偿时间分析模块之前构成补偿控制系统,死区补偿时间计算模块的输入为所述的补偿误差电压verr、理想工作电压vid、电机系统工作电流i和电机母线电压udc,输出为初始补偿时间tpre;逆变器端输出的初始补偿设定值torg和所述的初始补偿时间tpre作为补偿时间分析模块的输入,输出补偿时间tfinal;

6、步骤d):由所述的逆变器数据处理系统、所述的电压处理系统、所述的补偿控制系统依次连接共同构成永磁同步电机逆变补偿器。

7、进一步地,步骤b)中,误差参数计算模块先将判断电压vjus2转换为电压比例控制信号值sactrl(p)、电压积分控制信号值sactrl(i)、电压微分控制信号值sactrl(d),再由式计算出电压辨别误差参数ycal,k4,k5,k6分别为比例,积分,微分的影响因数。

8、进一步地,所述的补偿误差电压verr=ycal(n)·(vjus1-vid),ycal(n)为n时刻的电压辨别误差参数,n<t。

9、进一步地,所述的初始补偿时间c为目标电容,tg为死区时间初始值,阈值iset=udcc/tg,tg为死区时间初始值。

10、本发明的有益效果是:

11、1.在逆变器前加入一个逆变器补偿模块,对死区等效时间计算的同时综合考虑了逆变器本身的一些工作参数如逆变器工作温度,电流、开关管、二极管的压降、各桥臂的导通时间等,根据逆变器的工作参数和电机的参数计算得到电机实际电压,并与电机的参考电压进行比较,通过计算两个电压分析得到误差电压从而根据误差电压补偿死区时间,有效解决了逆变器的死区补偿不精确的问题。

12、2.使用了数据存储模块来存储记录补偿时所需要的参数,不需要电机断电的情况下注入不同电流和载波信号等参数就能对不同的逆变器和电机系统进行实时死区补偿,同时考虑了不同逆变器的不同逆变器工作参数造成的影响,补偿更加稳定。

13、3.本发明不改变逆变器的原本硬件和增加额外的硬件电路,成本较低。。



技术特征:

1.一种永磁同步电机逆变补偿器的构造方法,其特征是包括:

2.根据权利要求1所述的构造方法,其特征是:步骤b)中,误差参数计算模块(23)先将判断电压vjus2转换为电压比例控制信号值sactrl(p)、电压积分控制信号值sactrl(i)、电压微分控制信号值sactrl(d),再由式计算出电压辨别误差参数ycal,k4,k5,k6分别为比例,积分,微分的影响因数。

3.根据权利要求2所述的构造方法,其特征是:所述的电压积分控制信号值sactrl(p)=k1|vjus2-vid|,电压积分控制信号值sactrl(i)=k2∫|vjus2-vid|dt,电压微分控制信号值k1,k2,k3分别为比例增益。

4.根据权利要求3所述的构造方法,其特征是:所述的补偿误差电压verr=ycal(n)·(vjus1-vid),ycal(n)为n时刻的电压辨别误差参数,n<t。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的构造方法,其特征是:每一个电压辨别误差参数都对应一个实际工作电压。

6.根据权利要求1所述的构造方法,其特征是:步骤c)中,所述的初始补偿时间c为目标电容,tg为死区时间初始值,阈值iset=udcc/tg,tg为死区时间初始值。

7.根据权利要求6所述的构造方法,其特征是:所述的补偿时间tfinal=k7tpre+k8torg,k7和k8为分配增益。

8.根据权利要求7所述的构造方法,其特征是:分配增益k7和k8为:

9.根据权利要求1所述的构造方法,其特征是:步骤a)中,所述的开关管的压降vdown=|vright-vleft|。

10.根据权利要求9所述的构造方法,其特征是:实际工作电压vact=vout-vave,vout为系统输出电压,每秒平均压降vave=vavepre·f,平均压降k1,k2,k3为加权平均系数,k1取值在0.5-0.7之间,k2取值在0.15-0.3之间,k3取值在0.1-0.2之间;开关频率


技术总结
本发明公开一种永磁同步电机逆变补偿器的构造方法,由逆变器数据处理系统、电压处理系统、补偿控制系统依次连接共同构成,与逆变器相连接,对死区等效时间计算的同时综合考虑逆变器本身的工作参数,根据逆变器的工作参数和电机的参数计算得到电机实际电压,并与电机的参考电压进行比较,通过计算两个电压分析得到误差电压,从而根据误差电压补偿死区时间,有效解决了逆变器的死区补偿不精确的问题;使用数据存储模块来存储记录补偿时所需要的参数,不需要电机断电的情况下注入不同电流和载波信号等参数就能对不同的逆变器和电机系统进行实时死区补偿,同时考虑不同逆变器的不同逆变器工作参数造成的影响,补偿更加稳定。

技术研发人员:孙晓东,张孙旸,沈易晨,王勇,李宁,陈龙,杨泽斌,韩守义,李可
受保护的技术使用者:江苏大学
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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