CN111181464A - 一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法及系统 - Google Patents

一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法及系统 Download PDF

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CN111181464A CN202010090457.1A CN202010090457A CN111181464A CN 111181464 A CN111181464 A CN 111181464A CN 202010090457 A CN202010090457 A CN 202010090457A CN 111181464 A CN111181464 A CN 111181464A
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Abstract

本发明公开了一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法及系统，方法包括：(1)将记忆电机定子上的绕组采用集成了电枢绕组和调磁绕组功能的集成绕组，将并联的第一逆变器和第二逆变器连接所述集成绕组；(2)在记忆电机正常运行无需调磁时，根据检测到的记忆电机的转子电角度θe、三相电流Iabc、转子转速ωr按照空间矢量调制方式产生开关信号，驱动两个逆变器对记忆电机集成绕组进行矢量控制；(3)在记忆电机需要调磁时，利用SVPWM进行电压调制过程中，根据磁化状态选择器确定输出的零序电流大小，改变零矢量的作用时间产生所需要的调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。本发明冗余性低，提高了电机的转矩密度。

Description

一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法及系统
技术领域
本发明涉及记忆电机控制技术，尤其涉及一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法及系统。
背景技术
传统的记忆电机由写极式电机发展而来，转子由铝镍钴永磁体、非磁性夹层和转子铁心共同组成三明治结构。这种特殊结构能够随时实现对永磁体进行在线反复不可逆充去磁，同时减小交轴电枢反应对气隙磁场的影响。然而，由于永磁体位于转子，电枢绕组要同时具备能量转换和磁场调节两种功能，使得在线调磁难度大大增加，并且整个转子是由多个部分组成，共同紧固在轴上，机械可靠性有所降低，导致其在需要宽调速驱动电机的应用场合中(如机床和电动汽车)。因此，采用上述结构会导致永磁气隙主磁通不高的问题，电机力能指标有待提高。
近些年来，一类新型的直流调磁型记忆电机由于其卓越的性能受到国内外学者广泛关注。通过将永磁体放置在定子侧，转子设计为凸极结构，该类电机具有转矩密度高、效率高、空载感应电动势的正弦度高和结构简单可靠性高等优点，在航空等领域具有极大的工业价值。而对于现有的直流调磁型记忆电机，其定子侧存在两套绕组，一套为电枢绕组，另一套为调磁绕组，即电机的驱动控制与调磁控制功能是解耦的，这大大降低了在线调磁控制的难度，但电机结构相对复杂。不过直流调磁型记忆电机的调磁绕组在电机正常运行过程中存在冗余性，导致整个系统出现体积大，转矩密度低的问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法及系统。
技术方案：本发明所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法包括以下步骤：
(1)将记忆电机定子上的绕组采用集成了电枢绕组和调磁绕组功能的集成绕组，将并联的第一逆变器和第二逆变器连接所述集成绕组；
(2)在记忆电机正常运行无需调磁时，根据检测到的记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc转换得到d、q轴电流Id、Iq，根据检测到的记忆电机转子转速ωr得到q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000011
再将d、q轴电流与给定值的差值进行比例-积分调节后转换得到电压信号，并根据转换后的电压信号按照空间矢量调制方式产生开关信号，驱动两个逆变器对记忆电机集成绕组进行矢量控制；
(3)在记忆电机需要调磁时，根据检测到的三相电流Iabc得到零序电流Io，将Io与磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000021
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure BDA0002383533570000022
并对
Figure BDA0002383533570000023
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ，根据TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动两个逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
进一步的，所述磁化状态选择器内存储有将记忆电机永磁体调节到不同磁化状态时所需要的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000024
在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000025
在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000026
进一步的，步骤(2)具体包括：
(2.1)在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000027
(2.2)检测记忆电机的转子转速ωr，并将转子转速ωr与转子转速给定值
Figure BDA0002383533570000028
的差值输入比例-积分调节器，得到q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000029
(2.3)检测记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc，并根据转子电角度θe和三相电流Iabc按照下式转换得到d轴电流Id、q轴电流Iq：
Figure BDA00023835335700000210
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
(2.4)将d轴电流Id和d轴电流给定值
Figure BDA00023835335700000211
的差值输入比例-积分调节器，得到d轴电压给定值
Figure BDA00023835335700000212
将q轴电流Iq和q轴电流给定值
Figure BDA00023835335700000213
的差值输入比例-积分调节器，得到q轴电压给定值
Figure BDA00023835335700000214
(2.5)将
Figure BDA00023835335700000215
和
Figure BDA00023835335700000216
按照下式进行坐标变换得到
Figure BDA00023835335700000217
和
Figure BDA00023835335700000218
Figure BDA00023835335700000219
Figure BDA0002383533570000031
其中，
Figure BDA0002383533570000032
超前
Figure BDA0002383533570000033
电角度，
Figure BDA0002383533570000034
超前
Figure BDA0002383533570000035
电角度；
(2.6)对
Figure BDA0002383533570000036
和
Figure BDA0002383533570000037
按照空间矢量调制方式产生第一开关信号，对
Figure BDA0002383533570000038
和
Figure BDA0002383533570000039
按照空间矢量调制方式产生第二开关信号，第一逆变器和第二逆变器分别根据第一开关信号和第二开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制。
进一步的，步骤(3)具体包括：
(3.1)在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure BDA00023835335700000310
(3.2)检测得到记忆电机三相电流Iabc，并根据三相电流Iabc按照下式变换得到零序电流Io：
Figure BDA00023835335700000311
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
(3.3)将Io与
Figure BDA00023835335700000313
的差值输入比例-积分调节器，得到输出电压
Figure BDA00023835335700000314
(3.4)对
Figure BDA00023835335700000315
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ：
Figure BDA00023835335700000312
式中，Udc表示逆变器端的直流母线电压；
(3.5)根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动第一逆变器和第二逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。进一步的，所述第一逆变器和第二逆变器为三相桥式逆变器，且共用直流母线电压。
本发明所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制系统包括：
直流调磁型记忆电机，其定子上的绕组采用集成了电枢绕组和调磁绕组功能的集成绕组；
双逆变器，包括并联的第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器分别连接所述集成绕组；
第一调磁控制模块，连接所述记忆电机和双逆变器，用于在记忆电机正常运行无需调磁时，根据检测到的记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc转换得到d、q轴电流Id、Iq，根据检测到的记忆电机转子转速ωr得到q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000041
再将d、q轴电流与给定值的差值进行比例-积分调节后转换得到电压信号，并根据转换后的电压信号按照空间矢量调制方式产生开关信号，驱动两个逆变器对记忆电机集成绕组进行矢量控制；
第二调磁控制模块，连接所述记忆电机和双逆变器，用于在记忆电机需要调磁时，，根据检测到的三相电流Iabc得到零序电流Io，将Io与磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000042
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure BDA0002383533570000043
并对
Figure BDA0002383533570000044
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ，根据TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动两个逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
进一步的，所述磁化状态选择器内存储有将记忆电机永磁体调节到不同磁化状态时所需要的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000045
在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000046
在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000047
进一步的，所述第一调磁控制模块具体包括：
磁化状态选择器，用于在记忆电机正常运行不需要调磁时输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000048
检测器，用于检测记忆电机的转子转速ωr、转子电角度θe和三相电流Iabc；
第一比例-积分调节器，用于将转子转速ωr与转子转速给定值
Figure BDA0002383533570000049
的差值进行比例-积分调节，得到q轴电流给定值
Figure BDA00023835335700000410
abc/dq坐标转换器，用于根据转子电角度θe和三相电流Iabc按照下式转换得到d轴电流Id、q轴电流Iq：
Figure BDA00023835335700000411
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
第二比例-积分调节器，用于将d轴电流Id和d轴电流给定值
Figure BDA00023835335700000412
的差值进行比例-积分调节，得到d轴电压给定值
Figure BDA0002383533570000051
第三比例-积分调节器，用于将q轴电流Iq和q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000052
的差值进行比例-积分调节，得到q轴电压给定值
Figure BDA0002383533570000053
dq/αβ坐标转换器，用于将
Figure BDA0002383533570000054
和
Figure BDA0002383533570000055
按照下式进行坐标变换，得到
Figure BDA0002383533570000056
和
Figure BDA0002383533570000057
Figure BDA0002383533570000058
Figure BDA0002383533570000059
其中，
Figure BDA00023835335700000510
超前
Figure BDA00023835335700000511
电角度，
Figure BDA00023835335700000512
前
Figure BDA00023835335700000513
电角度；
第一SVPWM，用于对
Figure BDA00023835335700000514
和
Figure BDA00023835335700000515
按照空间矢量调制方式产生第一开关信号，以使得第一逆变器根据第一开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制；
第二SVPWM，用于对
Figure BDA00023835335700000516
和
Figure BDA00023835335700000517
按照空间矢量调制方式产生第二开关信号，以使得第二逆变器根据第二开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制。
进一步的，所述第二调磁控制模块具体包括：
磁化状态选择器，用于在记忆电机需要调磁时输出给定零序电流
Figure BDA00023835335700000518
零序电流计算器，用于根据检测的记忆电机三相电流Iabc按照下式变换得到零序电流Io：
Figure BDA00023835335700000519
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
第四比例-积分调节器，用于将Io与
Figure BDA00023835335700000520
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure BDA00023835335700000521
运算器，用于对
Figure BDA00023835335700000522
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ：
Figure BDA00023835335700000523
式中，Udc表示逆变器端的直流母线电压；
第一SVPWM，用于根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，从而驱动第一逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁；
第二SVPWM，用于根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，从而驱动第二逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
进一步的，所述第一逆变器和第二逆变器为三相桥式逆变器，且共用直流母线电压。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明记忆电机定子上采用集成绕组，同时集中电枢绕组和调磁绕组的功能，调磁控制的功能模块由采用共母线电压的并联结构双逆变器电路进行供电，在利用SVPWM进行电压调制过程中，根据磁化状态选择器确定输出的零序电流大小，改变零矢量的作用时间产生所需要的调磁电流，从而调节永磁体的磁化状态。通过将电枢绕组和调磁绕组集成到一套绕组中，可同时实现驱动控制与调磁控制的功能，解决了直流调磁型记忆电机在运行过程中调磁绕组存在冗余不工作的问题，省去了一套调磁绕组，从而进一步提高电机的转矩密度。
附图说明
图1为本发明提供的基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法的流程示意图；
图2为本发明采用的直流调磁型记忆电机横截面结构图；
图3为本发明的电机的铝镍钴永磁体满磁状态下磁力线分布图；
图4为本发明的电机的铝镍钴永磁体弱磁状态下磁力线分布图。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将记忆电机定子上的绕组采用集成了电枢绕组和调磁绕组功能的集成绕组，将并联的第一逆变器和第二逆变器连接所述集成绕组。所述第一逆变器和第二逆变器为三相桥式逆变器，且共用直流母线电压。所述直流调磁型记忆电机如图2所示。
(2)在记忆电机正常运行无需调磁时，根据检测到的记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc转换得到d、q轴电流Id、Iq，根据检测到的记忆电机转子转速ωr得到q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000061
再将d、q轴电流与给定值的差值进行比例-积分调节后转换得到电压信号，并根据转换后的电压信号按照空间矢量调制方式产生开关信号，驱动两个逆变器对记忆电机集成绕组进行矢量控制。
其中，所述磁化状态选择器内存储有将记忆电机永磁体调节到不同磁化状态时所需要的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000071
在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000072
在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000073
该步骤具体包括以下步骤：
(2.1)在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000074
(2.2)检测记忆电机的转子转速ωr，并将转子转速ωr与转子转速给定值
Figure BDA0002383533570000075
的差值输入比例-积分调节器，得到q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000076
(2.3)检测记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc，并根据转子电角度θe和三相电流Iabc按照下式转换得到d轴电流Id、q轴电流Iq：
Figure BDA0002383533570000077
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
(2.4)将d轴电流Id和d轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000078
的差值输入比例-积分调节器，得到d轴电压给定值
Figure BDA0002383533570000079
将q轴电流Iq和q轴电流给定值
Figure BDA00023835335700000710
的差值输入比例-积分调节器，得到q轴电压给定值
Figure BDA00023835335700000711
(2.5)将
Figure BDA00023835335700000712
和
Figure BDA00023835335700000713
按照下式进行坐标变换得到
Figure BDA00023835335700000714
和
Figure BDA00023835335700000715
Figure BDA00023835335700000716
Figure BDA00023835335700000717
其中，
Figure BDA00023835335700000718
超前
Figure BDA00023835335700000719
电角度，
Figure BDA00023835335700000720
超前
Figure BDA00023835335700000721
电角度；
(2.6)对
Figure BDA00023835335700000722
和
Figure BDA00023835335700000723
按照空间矢量调制方式产生第一开关信号，对
Figure BDA00023835335700000724
和
Figure BDA00023835335700000725
按照空间矢量调制方式产生第二开关信号，第一逆变器和第二逆变器分别根据第一开关信号和第二开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制。所采用的空间矢量调制具体为现有技术，不再进行介绍。
在该模式运行下，电机内部的永磁磁通首先从放置在定子齿上的铝镍钴永磁体的北极出发，经过气隙穿过转子铁心，再穿过气隙到达定子铁心齿，最后穿过定子轭回到定子齿，其磁力线分布如图3所示；
(3)在记忆电机需要调磁时，根据检测到的三相电流Iabc得到零序电流Io，将Io与磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000081
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure BDA0002383533570000082
并对
Figure BDA0002383533570000083
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ，根据TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动两个逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
该步骤具体包括：
(3.1)在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000084
(3.2)检测得到记忆电机三相电流Iabc，并根据三相电流Iabc按照下式变换得到零序电流Io：
Figure BDA0002383533570000085
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
(3.3)将Io与
Figure BDA0002383533570000086
的差值输入比例-积分调节器，得到输出电压
Figure BDA0002383533570000087
(3.4)对
Figure BDA0002383533570000088
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ：
Figure BDA0002383533570000089
式中，Udc表示逆变器端的直流母线电压；
(3.5)根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动第一逆变器和第二逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。此时集成绕组中可同时流过电枢电流和调磁电流。电机运行过程中集成绕组中流过的电流如下所示：
Figure BDA00023835335700000810
其中，Iac为交流分量有效值，Ip(t)为一个随时间变化的零序电流分量，ωe为通入交流电的频率，t为通电时间。
当调磁电流产生的磁通与永磁磁通方向相反时会发生抵消，抵消后的永磁磁通将继续流动，经过气隙穿过转子铁心，再穿过气隙到达定子铁心齿，最后穿过定子轭回到定子齿，调磁电流调磁后电机内部的磁力线分布如图4所示。
本实施例还提供了一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制系统，如图1所示，包括直流调磁型记忆电机、双逆变器、第一调磁控制模块和第二调磁控制模块，其中，所述直流调磁型记忆电机如图2所示，包括定子1、集成绕组2、转子3、永磁体4和非导磁转轴5，定子包括定子铁心齿1.1、定子轭1.2，相邻的定子铁心齿1.1间形成空腔1.3，用于放置缠绕在定子铁心齿1.1上的集成绕组。该电机采用集成绕组，省去直流调磁型记忆电机中的调磁绕组，将电枢绕组与调磁绕组合二为一，可同时实现电枢绕组和调磁绕组的功能，第一调磁控制模块和第二调磁控制模块由采用共母线电压的并联结构双逆变器进行供电，磁化状态选择器内存储有将记忆电机永磁体调节到不同磁化状态时所需要的给定零序电流
Figure BDA0002383533570000095
在利用SVPWM进行电压调制过程中，根据磁化状态选择器确定输出的电流大小，改变零矢量的作用时间以产生所需要的零序电流，从而调节永磁体的磁化状态。
第一调磁控制模块用于在记忆电机正常运行无需调磁时，根据检测到的记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc转换得到d、q轴电流Id、Iq，根据检测到的记忆电机转子转速ωr得到q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000091
再将d、q轴电流与给定值的差值进行比例-积分调节后转换得到电压信号，并根据转换后的电压信号按照空间矢量调制方式产生开关信号，驱动两个逆变器对记忆电机集成绕组进行矢量控制。
第一调磁控制模块具体包括：
磁化状态选择器，用于在记忆电机正常运行不需要调磁时输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000092
检测器，用于检测记忆电机的转子转速ωr、转子电角度θe和三相电流Iabc；
第一比例-积分调节器，用于将转子转速ωr与转子转速给定值
Figure BDA0002383533570000093
的差值进行比例-积分调节，得到q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000094
abc/dq坐标转换器，用于根据转子电角度θe和三相电流Iabc按照下式转换得到d轴电流Id、q轴电流Iq：
Figure BDA0002383533570000101
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
第二比例-积分调节器，用于将d轴电流Id和d轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000102
的差值进行比例-积分调节，得到d轴电压给定值
Figure BDA0002383533570000103
第三比例-积分调节器，用于将q轴电流Iq和q轴电流给定值
Figure BDA0002383533570000104
的差值进行比例-积分调节，得到q轴电压给定值
Figure BDA0002383533570000105
dq/αβ坐标转换器，用于将
Figure BDA0002383533570000106
和
Figure BDA0002383533570000107
按照下式进行坐标变换，得到
Figure BDA0002383533570000108
和
Figure BDA0002383533570000109
Figure BDA00023835335700001010
Figure BDA00023835335700001011
其中，
Figure BDA00023835335700001012
超前
Figure BDA00023835335700001013
电角度，
Figure BDA00023835335700001014
超前
Figure BDA00023835335700001015
电角度；
第一SVPWM，用于对
Figure BDA00023835335700001016
和
Figure BDA00023835335700001017
按照空间矢量调制方式产生第一开关信号，以使得第一逆变器根据第一开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制；
第二SVPWM，用于对
Figure BDA00023835335700001018
和
Figure BDA00023835335700001019
按照空间矢量调制方式产生第二开关信号，以使得第二逆变器根据第二开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制。
以上所采用的空间矢量调制具体为现有技术，不再进行介绍。
第二调磁控制模块用于在记忆电机需要调磁时，根据检测到的三相电流Iabc得到零序电流Io，将Io与磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure BDA00023835335700001020
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure BDA00023835335700001021
并对
Figure BDA00023835335700001022
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ，根据TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动两个逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
第二调磁控制模块具体包括：
磁化状态选择器，用于在记忆电机需要调磁时输出给定零序电流
Figure BDA0002383533570000111
该磁化状态选择器与上述第一调磁控制模块的磁化状态选择器为同一器件；
零序电流计算器，用于根据检测得到的记忆电机三相电流Iabc按照下式变换得到零序电流Io：
Figure BDA0002383533570000112
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
在实际应用中，零序电流计算器和abc/dq坐标转换器可以在一个abc/dq0坐标变换器中实现，即实现如下公式：
Figure BDA0002383533570000113
第四比例-积分调节器，用于将Io与
Figure BDA0002383533570000114
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure BDA0002383533570000115
运算器，用于对
Figure BDA0002383533570000116
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ：
Figure BDA0002383533570000117
式中，Udc表示逆变器端的直流母线电压；
第一SVPWM，用于根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，从而驱动第一逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁；该第一SVPWM与上述第一调磁控制模块的为同一器件；
第二SVPWM，用于根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，从而驱动第二逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。该第二SVPWM与上述第一调磁控制模块的为同一器件。此时集成绕组中可同时流过电枢电流和调磁电流。电机运行过程中集成绕组中流过的电流如下所示：
Figure BDA0002383533570000121
其中，Iac为交流分量有效值，Ip(t)为一个随时间变化的零序电流分量，ωe为通入交流电的频率，t为通电时间。

Claims (10)

1.一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将记忆电机定子上的绕组采用集成了电枢绕组和调磁绕组功能的集成绕组，将并联的第一逆变器和第二逆变器连接所述集成绕组；
(2)在记忆电机正常运行无需调磁时，根据检测到的记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc转换得到d、q轴电流Id、Iq，根据检测到的记忆电机转子转速ωr得到q轴电流给定值
Figure FDA0002383533560000011
再将d、q轴电流与给定值的差值进行比例-积分调节后转换得到电压信号，并根据转换后的电压信号按照空间矢量调制方式产生开关信号，驱动两个逆变器对记忆电机集成绕组进行矢量控制；
(3)在记忆电机需要调磁时，根据检测到的三相电流Iabc得到零序电流Io，将Io与磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure FDA0002383533560000012
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure FDA0002383533560000013
并对
Figure FDA0002383533560000014
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ，根据TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动两个逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
2.根据权利要求1所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法，其特征在于：所述磁化状态选择器内存储有将记忆电机永磁体调节到不同磁化状态时所需要的给定零序电流
Figure FDA0002383533560000015
在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure FDA0002383533560000016
在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure FDA0002383533560000017
3.根据权利要求1所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法，其特征在于：步骤(2)具体包括：
(2.1)在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure FDA0002383533560000018
(2.2)检测记忆电机的转子转速ωr，并将转子转速ωr与转子转速给定值
Figure FDA0002383533560000019
的差值输入比例-积分调节器，得到q轴电流给定值
Figure FDA00023835335600000110
(2.3)检测记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc，并根据转子电角度θe和三相电流Iabc按照下式转换得到d轴电流Id、q轴电流Iq：
Figure FDA0002383533560000021
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
(2.4)将d轴电流Id和d轴电流给定值
Figure FDA0002383533560000022
的差值输入比例-积分调节器，得到d轴电压给定值
Figure FDA0002383533560000023
将q轴电流Iq和q轴电流给定值
Figure FDA0002383533560000024
的差值输入比例-积分调节器，得到q轴电压给定值
Figure FDA0002383533560000025
(2.5)将
Figure FDA0002383533560000026
和
Figure FDA0002383533560000027
按照下式进行坐标变换得到
Figure FDA0002383533560000028
和
Figure FDA0002383533560000029
Figure FDA00023835335600000210
Figure FDA00023835335600000211
其中，
Figure FDA00023835335600000212
超前
Figure FDA00023835335600000213
电角度，
Figure FDA00023835335600000214
超前
Figure FDA00023835335600000215
电角度；
(2.6)对
Figure FDA00023835335600000216
和
Figure FDA00023835335600000217
按照空间矢量调制方式产生第一开关信号，对
Figure FDA00023835335600000218
和
Figure FDA00023835335600000219
按照空间矢量调制方式产生第二开关信号，第一逆变器和第二逆变器分别根据第一开关信号和第二开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制。
4.根据权利要求1所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法，其特征在于：步骤(3)具体包括：
(3.1)在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure FDA00023835335600000220
(3.2)检测得到记忆电机三相电流Iabc，并根据三相电流Iabc按照下式变换得到零序电流Io：
Figure FDA00023835335600000221
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
(3.3)将Io与
Figure FDA00023835335600000222
的差值输入比例-积分调节器，得到输出电压
Figure FDA00023835335600000223
(3.4)对
Figure FDA00023835335600000224
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ：
Figure FDA0002383533560000031
式中，Udc表示逆变器端的直流母线电压；
(3.5)根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动第一逆变器和第二逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
5.根据权利要求1所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制方法，其特征在于：所述第一逆变器和第二逆变器为三相桥式逆变器，且共用直流母线电压。
6.一种基于零序调磁的记忆电机调磁控制系统，其特征在于包括：
直流调磁型记忆电机，其定子上的绕组采用集成了电枢绕组和调磁绕组功能的集成绕组；
双逆变器，包括并联的第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器分别连接所述集成绕组；
第一调磁控制模块，连接所述记忆电机和双逆变器，用于在记忆电机正常运行无需调磁时，根据检测到的记忆电机的转子电角度θe和三相电流Iabc转换得到d、q轴电流Id、Iq，根据检测到的记忆电机转子转速ωr得到q轴电流给定值
Figure FDA0002383533560000032
再将d、q轴电流与给定值的差值进行比例-积分调节后转换得到电压信号，并根据转换后的电压信号按照空间矢量调制方式产生开关信号，驱动两个逆变器对记忆电机集成绕组进行矢量控制；
第二调磁控制模块，连接所述记忆电机和双逆变器，用于在记忆电机需要调磁时，，根据检测到的三相电流Iabc得到零序电流Io，将Io与磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure FDA0002383533560000033
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure FDA0002383533560000034
并对
Figure FDA0002383533560000035
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ，根据TZ进行零矢量调制产生开关信号，驱动两个逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
7.根据权利要求6所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制系统，其特征在于：所述磁化状态选择器内存储有将记忆电机永磁体调节到不同磁化状态时所需要的给定零序电流
Figure FDA0002383533560000036
在记忆电机正常运行无需调磁时，磁化状态选择器输出的给定零序电流
Figure FDA0002383533560000037
在记忆电机需要调磁时，磁化状态选择器输出给定零序电流
Figure FDA0002383533560000038
8.根据权利要求6所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制系统，其特征在于：所述第一调磁控制模块具体包括：
磁化状态选择器，用于在记忆电机正常运行不需要调磁时输出给定零序电流
Figure FDA0002383533560000041
检测器，用于检测记忆电机的转子转速ωr、转子电角度θe和三相电流Iabc；
第一比例-积分调节器，用于将转子转速ωr与转子转速给定值
Figure FDA0002383533560000042
的差值进行比例-积分调节，得到q轴电流给定值
Figure FDA0002383533560000043
abc/dq坐标转换器，用于根据转子电角度θe和三相电流Iabc按照下式转换得到d轴电流Id、q轴电流Iq:
Figure FDA0002383533560000044
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
第二比例-积分调节器，用于将d轴电流Id和d轴电流给定值
Figure FDA0002383533560000045
的差值进行比例-积分调节，得到d轴电压给定值
Figure FDA0002383533560000046
第三比例-积分调节器，用于将q轴电流Iq和q轴电流给定值
Figure FDA0002383533560000047
的差值进行比例-积分调节，得到q轴电压给定值
Figure FDA0002383533560000048
dq/αβ坐标转换器，用于将
Figure FDA0002383533560000049
和
Figure FDA00023835335600000410
按照下式进行坐标变换，得到
Figure FDA00023835335600000411
和
Figure FDA00023835335600000412
Figure FDA00023835335600000413
Figure FDA00023835335600000414
其中，
Figure FDA00023835335600000415
超前
Figure FDA00023835335600000416
电角度，
Figure FDA00023835335600000417
超前
Figure FDA00023835335600000418
电角度；
第一SVPWM，用于对
Figure FDA00023835335600000419
和
Figure FDA00023835335600000420
按照空间矢量调制方式产生第一开关信号，以使得第一逆变器根据第一开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制；
第二SVPWM，用于对
Figure FDA0002383533560000051
和
Figure FDA0002383533560000052
按照空间矢量调制方式产生第二开关信号，以使得第二逆变器根据第二开关信号的驱动，对记忆电机集成绕组进行矢量控制。
9.根据权利要求6所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制系统，其特征在于：所述第二调磁控制模块具体包括：
磁化状态选择器，用于在记忆电机需要调磁时输出给定零序电流
Figure FDA0002383533560000053
零序电流计算器，用于根据检测的记忆电机三相电流Iabc按照下式变换得到零序电流Io：
Figure FDA0002383533560000054
式中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流Iabc的A相、B相、C相电流；
第四比例-积分调节器，用于将Io与
Figure FDA0002383533560000055
的差值进行比例-积分调节，得到输出电压
Figure FDA0002383533560000056
运算器，用于对
Figure FDA0002383533560000057
采用平均分配原则，得到逆变器中零矢量的偏移时间TZ：
Figure FDA0002383533560000058
式中，Udc表示逆变器端的直流母线电压；
第一SVPWM，用于根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，从而驱动第一逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁；
第二SVPWM，用于根据偏移时间TZ进行零矢量调制产生开关信号，从而驱动第二逆变器产生调磁电流，实现记忆电机永磁体的调磁。
10.根据权利要求6所述的基于零序调磁的记忆电机调磁控制系统，其特征在于：所述第一逆变器和第二逆变器为三相桥式逆变器，且共用直流母线电压。
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壮而行: "" 磁通切换型记忆电机在线调磁控制研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库·工程科技Ⅱ辑》 *

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CN111756145A (zh) * 2020-07-08 2020-10-09 上海交通大学 双三相绕组变磁通记忆电机、电机系统及其控制方法

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