[发明专利]一种可变开绕组电机拓扑驱动电路及其控制方法

权利要求书

1.一种可变开绕组电机拓扑驱动电路的控制方法，所述的可变开绕组电机拓扑驱动电路包括：包括第一逆变器和第二逆变器，其特征在于，在所述第一逆变器和第二逆变器之间的直流母线处设置开关管，通过控制所述开关管的导通和关闭，实现三相逆变器驱动控制电路和共直流母线的开绕组电机驱动电路的功能切换；所述的第一逆变器一侧连接直流源，另一侧通过开绕组电机绕组连接所述的第二逆变器，所述的第一逆变器与直流源之间并联有第一电容器，所述的第二逆变器与所述的开关管之间并联有第二电容器；

所述的控制方法包括：

A、在电机转速＜额定转速30％下，第一逆变器直流母线与直流源相连，共直流母线处的两开关管断开，第二逆变器开关管全部导通，此时，左侧桥臂形成传统的三相逆变器，通过对第一逆变器开关管进行PWM调制方式，右侧各桥臂将电机绕组一端捏合到一点，形成永磁同步电机星形连接的中性点N点；

B、转速到达额定转速30％，第一逆变器直流母线与直流源相连，共直流母线处两开关管仍保持断开，第二逆变器直流端仅与第二电容器相连，控制左侧桥臂开关管导通关断，使直流电源的输出电压大部分甚至是全部用于输出有功功率；控制右侧桥臂开关管导通关断，使得无功功率完全由电容提供；

C、电机转速继续提高，到达额定转速；

直流母线处开关管闭合，两侧均为三相逆变器，形成共直流母线开绕组驱动拓扑结构，对两侧开关管加以策略进行调制，使两逆变器开关损耗最小，并使逆变器1与逆变器2连接处直流母线电流较小；

所述的策略包括以下：

C1、计算在同步旋转坐标系上的电机参考电压矢量；

C2、根据计算出的电机参考电压矢量，确定两个逆变器中的一个的参考电压矢量；

C3、根据已经确定的一个逆变器的参考电压矢量，确定输出该参考电压矢量的钳位开关状态，并计算得到第二个逆变器的参考电压矢量；

C4、根据第二个逆变器的参考电压矢量，确定输出该参考电压矢量的开关状态；

C5、将两个逆变器开关状态分别实施给第一逆变器和第二逆变器，分别计算此时第二逆变器的对应功率；

C6、第二逆变器的功率最小时，对应开关状态被选为第一、第二逆变器的输出开关状态。

2.根据权利要求1所述的一种可变开绕组电机拓扑驱动电路的控制方法，其特征在于，为使得系统开关损耗最小，在一个开关周期内，尽量满足一侧桥臂始终不动作，仅对另一侧桥臂进行调制，且满足最小直流母线电流。

3.根据权利要求1所述的一种可变开绕组电机拓扑驱动电路的控制方法，其特征在于，所述的策略计算方法具体如下：

利用最小拍电流预测控制方法计算在同步旋转坐标系(dq坐标系)上的电机定子参考电压矢量，在所述同步旋转坐标系上的d轴、q轴和0轴的电机参考电压矢量的方程式为：

其中，V_dref,V_qref和V_0ref分别表示电机在同步旋转坐标系上d轴、q轴和0轴上的参考电压矢量；和分别表示设置在同步旋转坐标系上d轴、q轴和0轴上的参考电流分量；i_d(k),i_q(k)和i₀(k)分别表示电机在同步旋转坐标系上d轴、q轴和0轴上k时刻的电流分量；R,L和M分别表示定子绕组电阻、自感和互感；L_d,L_q分别代表旋转坐标系下d轴、q轴上的电感分量，L_d＝L_q＝L；L₀＝L-2M代表零序电感；ω，θ，ψ_f1，ψ_f3分别为电角速度，转子位置角，基波转子磁链，转子磁链三次谐波分量；T_s表示采样时间；

将两相同步旋转坐标上的电压参考矢量通过Clark变换，得到在两相静止坐标系上的电压参考矢量V_αref、V_βref，可表示为：

电机参考电压矢量的位置角可表示为：

根据上述控制，得到电机定子参考电压矢量V_S及其位置角；

得到所述电机定子 参考电压矢量Vs；根据参考电压矢量位置角θ₁不同，先确定一侧逆变器的参考电压矢量为V_m，则另一侧逆变器的参考电压矢量V_n由V_s与V_m做差计算所得，即V_n＝V_s-V_m；

为使系统开关损耗最小，在一个开关周期内，使一侧桥臂始终不动作，仅对另一侧桥臂进行调制；即令一侧桥臂输出的参考电压矢量V_m为U1～U6中任一有效电压矢量，该桥臂开关在一个开关周期内始终被钳位至一个状态，不发生改变；另一桥臂输出参考电压矢量V_n根据已知定子参考电压矢量V_s与已知桥臂输出电压矢量V_m计算得出，通过svpwm进行调制；

若V₁＝V_m，则V₂＝V_n；若V₁＝V_n，则V₂＝V_m；V₁为第一逆变器参考电压矢量；V₂为第二逆变器参考电压矢量

根据下述公式，对V₁与V₂的电压进行选择：

系统开关损耗包括两逆变器开关损耗，与直流母线处接触器损耗；在保证两逆变器开关损耗最小的前提下，使直流母线开关管处电流最小，保证此时直流母线处开关管Q13在发生动作时损耗最小；开关管电流大小仅与第二逆变器调制有关；即：

其中，P₂为第二逆变器输出功率，V_d2、V_q2分别为第二逆变器参考电压矢量V₂在两相旋转坐标系下d轴与q轴的电压分量，i_d、i_q分别为开绕组电机在两相旋转坐标系下d轴与q轴的电流分量，U_d为直流电压，i_Q13为接触器处直流电流；

按上述步骤，将第二逆变器的两种电压矢量根据下述公式，计算得到一个预测电流：

其中，V_dq0-1(k)表示一侧逆变器在k时刻产生的8个电压矢量；V_dq0-2(k)表示另一侧逆变器在k时刻产生的8个电压矢量；

在同步旋转坐标系上预测的d轴和q轴电流和零序电流，设计如下目标函数：

当目标函数的值最小，所用的预测电流所对应的电压矢量即为另一侧逆变器参考电压矢量，继续根据上述P₂最小的原则，分配两逆变器参考电压矢量。