CN107834931A - 一种电动汽车及其电机谐波抑制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电动汽车及其电机谐波抑制系统,该系统包括:谐波检测电路,谐波检测电路与负载电机连接,用于检测负载电机输入端电流中的谐波,并计算获得负载电机所需补偿的电流指令值;补偿电流发生电路,与谐波检测电路以及负载电机连接,用于根据电流指令值,生成与检测出的谐波的幅值相位相差180°的补偿电流,以对负载电机进行补偿。通过谐波检测电路来检测负载电机运行所需的补偿电流值,并通过补偿电流发生电路来生成与谐波幅值相等相位相差180°的补偿电流对各次谐波电流进行补偿,从而实现了谐波抑制的作用,进而提高了电机的性能。

Description

一种电动汽车及其电机谐波抑制系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域,特别是涉及一种电动汽车及其电机谐波抑制系统。
背景技术
随着电动汽车的迅速发展,永磁同步电机得到了广泛应用,由于电子控制装置和励磁装置的日益剧增,以及电机齿槽效应,电机磁路的非线性、磁极形状和绕组分布等本身结构等原因,使得电机的反电势不是正弦波,导致电机的电流不为正弦波,而是含有谐波。谐波电流会增加定子绕组、转子回路以及铁心中附加损耗,产生电机的局部过热,振动和噪声增大,温升增加,加快绝缘老化,缩短电机设备使用寿命,引起转矩脉动,降低电机性能。
因此,如何解决系统中谐波对电机的影响的问题,从而提高电机的性能,是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车及其电机谐波抑制系统,可以解决系统中谐波对电机的影响的问题,从而提高电机的性能。
为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:
一种电机谐波抑制系统,包括:
谐波检测电路,所述谐波检测电路与负载电机连接,用于检测所述负载电机输入端电流中的谐波,并计算获得所述负载电机所需补偿的电流指令值;
补偿电流发生电路,与所述谐波检测电路以及所述负载电机连接,用于根据所述电流指令值,生成与检测出的谐波的幅值相位相差180°的补偿电流,以对所述负载电机进行补偿。
优选地,所述谐波检测电路包括:
锁相环单元,用于获取与a相电压ua相位相同的正弦信号sinωt和相应的余弦信号-cosωt;
基波计算单元,用于根据定义公式得出ip、iq之后,通过低通滤波器求得ip、iq的直流分量,然后根据ip、iq的直流分量得到两相静止坐标系下的基波的iαf和iβf
谐波指令电流计算单元,用于通过2/3变换得到电流的基波电流iaf、ibf、icf,将计算出的所述基波电流iaf、ibf、icf与三相输入电流ia,ib,ic作差计算出所述电流指令值。
优选地,所述补偿电流发生电路包括:
电流跟踪控制单元,用于通过预设的离散控制算法,根据已知状态的信息计算出下一时刻的控制量;
驱动电路单元,用于通过预设的空间矢量算法,生成对应的空间矢量控制信号;
主电路单元,用于根据所述空间矢量控制信号生成对应的补偿电流。
优选地,所述主电路单元为二极管箝位型三电平逆变器。
一种电动汽车,包括电动汽车车体和如上述任一项所述的电机谐波抑制系统;所述电动汽车车体包括与所述电机谐波抑制系统连接的电机。
优选地,所述电机为永磁同步电机或三相异步电机。
与现有技术相比,上述技术方案具有以下优点:
本发明实施例所提供的一种电机谐波抑制系统,包括:谐波检测电路,谐波检测电路与负载电机连接,用于检测负载电机输入端电流中的谐波,并计算获得负载电机所需补偿的电流指令值;补偿电流发生电路,与谐波检测电路以及负载电机连接,用于根据电流指令值,生成与检测出的谐波的幅值相位相差180°的补偿电流,以对负载电机进行补偿。通过谐波检测电路来检测负载电机运行所需的补偿电流值,并通过补偿电流发生电路来生成与谐波幅值相等相位相差180°的补偿电流对各次谐波电流进行补偿,从而实现了谐波抑制的作用,进而提高了电机的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的电机谐波抑制系统结构示意图;
图2为本发明一种具体实施方式所提供的电机谐波抑制系统的谐波检测电路结构示意图;
图3为本发明一种具体实施方式所提供的电机谐波抑制系统的二极管箝位型三电平逆变器原理图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电动汽车及其电机谐波抑制系统,可以解决系统中谐波对电机的影响的问题,从而提高电机的性能。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
请参考图1,图1为本发明一种具体实施方式所提供的电机谐波抑制系统结构示意图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种电机谐波抑制系统,包括:谐波检测电路1,谐波检测电路与负载电机连接,用于检测负载电机输入端电流中的谐波,并计算获得负载电机所需补偿的电流指令值;补偿电流发生电路2,与谐波检测电路以及负载电机连接,用于根据电流指令值,生成与检测出的谐波的幅值相位相差180°的补偿电流,以对负载电机进行补偿。
在本实施方式中,谐波检测电路也可以称为指令电流运算电路,通过谐波检测电路来检测负载电机运行所需的补偿电流值,并通过补偿电流发生电路来生成与谐波幅值相等相位相差180°的补偿电流对各次谐波电流进行补偿,使补偿指令电流抵消电机所产生的谐波电流,从而实现了谐波抑制的作用,进而提高了电机的性能。
进一步地,如图2所示,图2为本发明一种具体实施方式所提供的电机谐波抑制系统的谐波检测电路结构示意图。
谐波检测电路1包括:锁相环单元11,用于获取与a相电压ua相位相同的正弦信号sinωt和相应的余弦信号-cosωt;基波计算单元12,用于根据定义公式得出ip、iq之后,通过低通滤波器(LPF)求得ip、iq的直流分量,然后根据ip、iq的直流分量得到两相静止坐标系下的基波的iαf和iβf;谐波指令电流计算单元13,用于通过2/3变换得到电流的基波电流iaf、ibf、icf,将计算出的基波电流iaf、ibf、icf与三相输入电流ia,ib,ic作差计算出电流指令值,其中,基波电流iaf、ibf、icf与三相输入电流ia,ib,ic差值就是需要补偿的谐波指令电流。
三相/两相变换原理是根据三相总磁动势和两相磁动势的作用的相同,即在α-β轴上三相静止绕组和两相静止绕组的瞬时磁动势分量是相等的。
N2iα=N3iA-N3iB cos 60°-N3iC cos 60°
N2iβ=N3iB sin 60°-N3iC sin 60°
化简得:
根据变换前后功率不变原则:
谐波电流检测算法原理框图如图2所示,这种方法电源电压不会参与运算,仅仅使用锁相环(PLL)得到A相电网电压ua的相位相同的sinwt以及相应的coswt信号;利用公式得出ip、iq之后,
C-13/2为C3/2逆变换矩阵。
更进一步地,如图1所示,补偿电流发生电路2包括:电流跟踪控制单元21,用于通过预设的离散控制算法,根据已知状态的信息计算出下一时刻的控制量;驱动电路单元22,用于通过预设的空间矢量算法,生成对应的空间矢量控制信号;主电路单元23,用于根据空间矢量控制信号生成对应的补偿电流。
其中,电流跟踪电路单元采用预设的离散控制的无差拍控制,根据已知状态的信息计算出下一个时刻的控制量,在数个周期内让目标达到控制量的方法,采用该方法控制动态性能好、控制过程不会过冲。驱动电路单元运用了空间矢量(svpwm)算法,从而进行空间矢量控制。
例如,无差拍控制是一种离散控制,根据已知状态的信息计算出下一个时刻的控制量,在数个周期内让目标达到控制量的方法,这种控制方法控制动态性能好、控制过程不会过冲。无差拍控制响应速度快和稳定性好并且具有很强的预测能力,快速跟踪主电路交流电流,能有效提高系统的抗干扰能力。
三电平逆变器是最简单最小的多电平逆变器结构,相比两电平逆变器提高了开关器件的频率和限额。要深入研究多电平逆变器的必须建立在分析三电平逆变器的基础上,因为所有的多电平变频器都是利用三电平逆变器拓展而成的。采用三电平逆变器电路的装置更加适合容量很大、高变频的系统,且输出的电压谐波成分少;在谐波不变的情况下,开关的损耗随开关频率的变化而变化;电磁的干扰也相应减弱。然而与两电平电路相比,三电平电路的结构比较复杂以及控制测量变化较繁琐。
A、B、C三相,开关状态组合对应的一共33=27种,即三电平逆变器就有27种不同的模式。每一种工作模式下的每一个功率开关管都承受的是udc/2电压。
SVPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法,是由三相功率逆变器的功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波,能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同,它是从三相输出电压的整体效果出发,着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较,绕组电流波形的谐波成分小,使得电机转矩脉动降低,旋转磁场更逼近圆形,而且使直流母线电压的利用率有了很大提高,且更易于实现数字化。
更进一步地,如图3所示,图3为本发明一种具体实施方式所提供的电机谐波抑制系统的二极管箝位型三电平逆变器原理图。
主电路单元为二极管箝位型三电平逆变器,产生与谐波电流幅值相等相位相差180°的补偿电流,来抵消谐波电流,实现电机谐波抑制作用,其输出的电压谐波成分少;相同的谐波成分下,开关频率减少,开关的损耗也相对减小;减小了开关管上的电压开关应力和电磁的干扰。
在本发明的一种实施方式中,还提供了一种电动汽车,包括电动汽车车体和如上述任一实施方式所提供的的电机谐波抑制系统;电动汽车车体包括与电机谐波抑制系统连接的电机。进一步地,该电机为永磁同步电机或三相异步电机
在本实施方式中,谐波检测电路也可以称为指令电流运算电路,通过谐波检测电路来检测负载电机运行所需的补偿电流值,并通过补偿电流发生电路来生成与谐波幅值相等相位相差180°的补偿电流对各次谐波电流进行补偿,使补偿指令电流抵消电机所产生的谐波电流,从而实现了谐波抑制的作用,进而提高了电机的性能,从而提高了电动汽车的性能。
以上对本发明所提供一种电动汽车及其电机谐波抑制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电机谐波抑制系统,其特征在于,包括:
谐波检测电路,所述谐波检测电路与负载电机连接,用于检测所述负载电机输入端电流中的谐波,并计算获得所述负载电机所需补偿的电流指令值;
补偿电流发生电路,与所述谐波检测电路以及所述负载电机连接,用于根据所述电流指令值,生成与检测出的谐波的幅值相位相差180°的补偿电流,以对所述负载电机进行补偿。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述谐波检测电路包括:
锁相环单元,用于获取与a相电压ua相位相同的正弦信号sinωt和相应的余弦信号-cosωt;
基波计算单元,用于根据定义公式得出ip、iq之后,通过低通滤波器求得ip、iq的直流分量,然后根据ip、iq的直流分量得到两相静止坐标系下的基波的iαf和iβf
谐波指令电流计算单元,用于通过2/3变换得到电流的基波电流iaf、ibf、icf,将计算出的所述基波电流iaf、ibf、icf与三相输入电流ia,ib,ic作差计算出所述电流指令值。
3.根据权利要求1或2所述的系统,其特征在于,所述补偿电流发生电路包括:
电流跟踪控制单元,用于通过预设的离散控制算法,根据已知状态的信息计算出下一时刻的控制量;
驱动电路单元,用于通过预设的空间矢量算法,生成对应的空间矢量控制信号;
主电路单元,用于根据所述空间矢量控制信号生成对应的补偿电流。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述主电路单元为二极管箝位型三电平逆变器。
5.一种电动汽车,其特征在于,包括电动汽车车体和如权利要求1至4任一项所述的电机谐波抑制系统;所述电动汽车车体包括与所述电机谐波抑制系统连接的电机。
6.根据权利要求5所述的电动汽车,其特征在于,所述电机为永磁同步电机或三相异步电机。
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