CN105207563B - 一种多相电机平衡控制方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多相电机平衡控制方法，步骤为：分别计算各个三相通道的弱磁补偿电流，对各个通道的弱磁补偿电流选择性相加，得到统一的弱磁补偿电流，用统一的弱磁补偿电流对D轴和/或Q轴参考电流进行修正，得到最终的D轴参考电流与Q轴参考电流，应用于各个三相通道；本方法采用独立检测，统一调节的策略，使多相电机在各通道电流保持平衡的前提下实现宽电压范围或宽转速范围的弱磁控制，实现弱磁运行时多通道之间的电流平衡；还公开了该方法在多相变频器、多相电机推进系统、电动汽车、电力推进船及电力牵引轨道交通车上的应用。

Description

一种多相电机平衡控制方法及其应用
技术领域
本发明属于交流电动机及其控制技术领域，具体涉及一种多相电机平衡控制方法，以及其应用。
背景技术
在电动车辆、船舶推进等领域，交流电机通常以蓄电池作为电源，如果蓄电池SOC偏低，直流母线电压下降，变流装置的电压输出能力下降，有可能导致实际输出电压达不到控制系统的给定值，从而使电机失去控制。另一方面，如果电机转速超过额定值，会导致电压需求上升，也会使电机失去控制。
三相电机采用基于弱磁补偿电流的宽电压/宽转速范围控制策略，通过调节给定电流，使电压参考值始终处于变流装置输出的可达范围之内，较好地解决了上述问题。
但是在船舶推进等大功率应用场合，往往采用多相电机，每三相为一个通道，形成多个通道，以实现较高的转矩密度和冗余度。
这种情况下，如果每个三相通道各自沿用现有的弱磁控制策略，就会由于各通道参数的差异，出现电流不一致的现象，使电机各个通道功率不平衡。功率不平衡会使个别通道的器件承受过大的电应力，或使各通道的蓄电池充放电状态不一致，这些会危机运行安全及设备寿命。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的之一是提供一种能够在弱磁运行时保持各通道电流平衡的多相电机控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多相电机平衡控制方法，步骤如下
a)、分别计算各个三相通道的弱磁补偿电流；
b)、对各个通道的弱磁补偿电流选择性相加，得到统一的弱磁补偿电流；
c)、用统一的弱磁补偿电流对D轴和/或Q轴参考电流进行修正，得到最终的D轴参考电流与Q轴参考电流，应用于各个三相通道。
所述的一种多相电机平衡控制方法，其步骤a)基于交流电机矢量控制系统计算所需的弱磁补偿电流，所述计算弱磁补偿电流的方法为：在同步旋转坐标系下，分别计算各个通道的参考电压幅值，以最大电压幅值作为给定，参考电压幅值作为反馈，进行比例积分调节，得到一个三相通道的弱磁补偿电流。
所述的一种多相电机平衡控制方法，其步骤b) 对各个通道的弱磁补偿电流选择性相加，得到统一的弱磁补偿电流的方法为：当某一个通道投入运行时，相应的运行标志置1，否则相应的运行标志置0，各通道的弱磁补偿电流与相应的运行标志相乘后再相加或求平均，得到统一的弱磁补偿电流id4*。
所述的一种多相电机平衡控制方法，其步骤c)根据弱磁补偿电流，对原始不弱磁的参考电流进行修正，得到弱磁后的参考电流，作为各个通道最终的参考电流，所述计算最终参考电流的方法为：设is*为电流幅值给定，id0*为根据转矩最大原则确定D轴参考电流，将id4*与id0*相加，作为新的D轴给定电流id*，通过电流幅值给定和新的D轴给定电流，计算Q轴给定电流iq*，将上述计算结果id*和iq*同时作为3个三相通道的电流给定。
本发明的目的之二是提供一种多相电机平衡控制方法的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于多相变频器作为控制算法，所述的多相变频器使用MOSFET、IGBT、IGCT等电力电子器件等器件实现电能的变换，具有不少两个三相输出通道，使用数字芯片作为控制算法的载体。
所述的一种多相电机平衡控制方法的应用，多相变频器用于多相电机推进系统，所述的多相电机推进系统还包含至少一台多相电机。
所述的一种多相电机平衡控制方法的应用，多相电机推进系统用于驱动电动汽车。
所述的一种多相电机平衡控制方法的应用，多相电机推进系统用于电力推进船中作为其水面航行的动力驱动螺旋桨。
所述的一种多相电机平衡控制方法的应用，多相电机推进系统用于电力牵引轨道交通车中作为在轨道上行驶的牵引力驱动车轮。
本发明的有益效果是：该方法采用独立检测，统一调节的策略，使多相电机在各通道电流保持平衡的前提下实现宽电压范围或宽转速范围的弱磁控制，实现弱磁运行时多通道之间的电流平衡，可应用于轨道交通、船舶推进、电动车辆等大功率交流电机传动场合。
附图说明
图1为本发明方法的原理图；
图2为本发明单个通道计算弱磁补偿电流的方法示意图；
图3为本发明弱磁电流选择性求和的示意图；
图4为本发明根据弱磁补偿电流对参考电流进行修正的方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，为解决多相交流电机弱磁运行时的电流平衡问题，本发明公开了一种多相电机平衡控制方法，步骤如下
a)、分别计算各个三相通道的弱磁补偿电流。
b)、对各个通道的弱磁补偿电流选择性相加，得到统一的弱磁补偿电流。
c)、用统一的弱磁补偿电流对D轴和/或Q轴参考电流进行修正，得到最终的D轴参考电流与Q轴参考电流，应用于各个三相通道。
以3个三相通道的9相永磁电机为例进行说明：
a)、基于交流电机矢量控制系统，计算所需的弱磁补偿电流。
作为举例，图2给出了一种计算弱磁补偿电流的方法，图中idx*为第x个通道的弱磁补偿电流。
在同步旋转坐标系下，分别计算各个通道的参考电压幅值。以最大电压幅值作为给定，参考电压幅值作为反馈，进行比例积分调节，得到一个三相通道的弱磁补偿电流。
b)、对各三相通道的弱磁补偿电流进行选择性求和，结果作为统一的弱磁补偿电流。
作为举例，图3给出了一种对弱磁电流进行选择性求和的方法。
图中K1、K2、K3分别为3个通道的运行标志。当某一个通道投入运行时，相应的运行标志置1，否则相应的运行标志置0。各通道的弱磁补偿电流与相应的运行标志相乘后再相加，得到id4*。
c)、根据弱磁补偿电流，对原始不弱磁的参考电流进行修正，得到弱磁后的参考电流，作为各个通道最终的参考电流。
作为举例，图4给出了一种计算最终参考电流的方法。
图3中is*是电流幅值给定。id0*是根据转矩最大原则确定的D轴参考电流，即没有弱磁控制时的原始D轴参考电流。将id4*与id0*相加，作为新的D轴给定电流id*。通过电流幅值给定和新的D轴给定电流，计算Q轴给定电流iq*。将上述计算结果id*和iq*同时作为3个三相通道的电流给定。
本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。
本发明实施例不仅指三个三相，还包括二个三相、四个三相、五个三相、六个三相等多相电机。
本发明还能应用于多个五相通道的多相电机控制。
应用1
一种多相变频器，使用MOSFET、IGBT、IGCT等电力电子器件（并不限于这三种）实现电能的变换，具有不少两个三相输出通道，使用数字芯片作为控制算法的载体，其控制算法中采用了上述多相电机平衡控制方法。
应用2
一种多相电机推进系统，包含至少一台多相电机和一台上述多相变频器，该多相变频器的控制算法中采用了上述多相电机平衡控制方法。
应用3
一种电动汽车，采用多相电机驱动，其驱动控制算法中，采用了上述多相电机平衡控制方法。
应用4
一种电力推进船，采用多相电机驱动螺旋桨作为其水面航行的动力，多相电机控制算法中，采用了上述多相电机平衡控制方法。
应用5
一种电力牵引轨道交通车，采用多相电机驱动车轮作为车辆在轨道上行驶的牵引力，其多相电机的控制算法中，采用了上述的多相电机平衡控制方法。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多相电机平衡控制方法，其特征在于：步骤如下
a)、分别计算各个三相通道的弱磁补偿电流，基于交流电机矢量控制系统计算所需的弱磁补偿电流，所述计算弱磁补偿电流的方法为
在同步旋转坐标系下，分别计算各个通道的参考电压幅值，以最大电压幅值作为给定，参考电压幅值作为反馈，进行比例积分调节，得到一个三相通道的弱磁补偿电流；
b)、对各个通道的弱磁补偿电流选择性相加，得到统一的弱磁补偿电流，方法为
当某一个通道投入运行时，相应的运行标志置1，否则相应的运行标志置0，各通道的弱磁补偿电流与相应的运行标志相乘后再相加或求平均，得到统一的弱磁补偿电流id4*；
c)、根据弱磁补偿电流，对原始不弱磁的参考电流进行修正，得到弱磁后的参考电流，作为各个通道最终的参考电流，所述计算最终参考电流的方法为
设is*为电流幅值给定，id0*为根据转矩最大原则确定D轴参考电流，将id4*与id0*相加，作为新的D轴给定电流id*，通过电流幅值给定和新的D轴给定电流，计算Q轴给定电流iq*，将上述计算结果id*和iq*同时作为3个三相通道的电流给定。
2.一种多相变频器，其特征在于：采用如权利要求1所述的多相电机平衡控制方法，使用MOSFET、IGBT、IGCT电力电子器件实现电能的变换，具有不少于两个三相输出通道，使用数字芯片作为控制算法的载体。
3.一种多相电机推进系统，其特征在于：采用如权利要求2所述的多相变频器，所述的多相电机推进系统还包含至少一台多相电机。
4.一种电动汽车，其特征在于：采用如权利要求3所述的多相电机推进系统驱动。
5.一种电力推进船，其特征在于：采用如权利要求3所述的多相电机推进系统作为其水面航行的动力驱动螺旋桨。
6.一种电力牵引轨道交通车，其特征在于：采用如权利要求3所述的多相电机推进系统作为牵引力驱动车轮行驶。
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