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专利号: 2019110633677
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以BBMC逆变级中电感电流和电容电压为状态变量,建立其状态微分方程;

(2)根据步骤(1)所得BBMC逆变级的状态微分方程,得到其离散迭代映射模型;

(3)建立三相异步电机在两相静止坐标系上的状态微分方程;

(4)根据步骤(3)所得三相异步电机的状态微分方程,得到其离散迭代映射模型;

(5)根据步骤(2)所得BBMC逆变级的离散迭代映射模型和步骤(4)所得三相异步电机的离散迭代映射模型,得到基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型;

(6)根据步骤(5)所得基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型,通过数值仿真得到三相异步电机调速系统稳定运行时的主电路参数的取值范围。

2.根据权利要求1所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法,其特征在于:所述步骤(1)的具体步骤为:以BBMC逆变级中A相电感电流和电容电压为状态变量,建立其状态微分方程,其它两相相同;当A相变换器中功率开关管 导通时,其状态微分方程为:当A相变换器中功率开关管 关断时,其状态微分方程为:其中:状态变量 和 分别表示A相变换器中电感电流和电容电压, 和 分别为状态变量 和 的微分,E为BBMC逆变级输入电压,iA为A相变换器输出电流,L和C分别为A相变换器中电感参数和电容参数。

3.根据权利要求2所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法,其特征在于:所述步骤(2)的具体步骤为:设A相变换器中电容参考电压为 则得到A相变换器中电感参考电流为:根据式(1)-式(3),得到A相变换器的离散迭代映射模型为:其中: 和 分别表示(n+1)T时刻A相变换器的电容电压和电感电流, 表示nT时刻A相变换器输出电流, 表示A相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的关断时间, 表示A相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的导通时间,T为变换器中功率开关管的开关周期, 为nT时刻A相变换器中的电感参考电流,MA、NA和ω均为中间变量,且和 分别表示nT时刻A相变换器

中的电容电压和电感电流;

同理,可得BBMC逆变级中B、C两相变换器的离散迭代映射模型,故BBMC逆变级总的离散迭代映射模型为:其中: 和 分别表示(n+1)T时刻B相变换器的电容电压和电感电流, 和分别表示(n+1)T时刻C相变换器的电容电压和电感电流, 和 分别表示nT时刻B相变换器和C相变换器的输出电流, 和 分别表示B相变换器功率开关管和C相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的关断时间, 和分别表示B相变换器功率开关管和C相变换器功率开关管在第(n+1)个开关周期T内的导通时间, 和

分别表示nT时刻B相变换器和C相变换器的电感参考电流, 和 分别表示B相变换器和C相变换器的电容参考电压,MB、NB、MC和NC均为中间变量,且和 分别表示nT时刻B相变换器的电容电

压和电感电流, 和 分别表示nT时刻C相变换器的电容电压和电感电流。

4.根据权利要求3所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法,其特征在于:所述步骤(3)的具体步骤为:其中:usα和usβ分别表示电机在两相静止坐标上的定子电压,isα和isβ分别表示电机在两相静止坐标上的定子电流,Ψrα和Ψrβ分别表示电机在两相静止坐标上的转子磁链,TL表示电机负载转矩,ωr表示电机转子的角速度,Ls、Lr、Lm、Rs、Rr、np和J分别表示电机定子自感、转子自感、定转子互感、定子电阻、转子电阻、极对数和转动惯量, 表示电机漏磁系数,Tr=Lr/Rr表示转子电磁时间常数。

5.根据权利要求4所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法,其特征在于:所述步骤(4)的具体步骤为:采用Runge-Kutta法对式(6)所示状态微分方程进行离散化,得:其中: 为(n+1)T时刻的状态向量, 为nT时刻的状态向量,K1、K2、K3和K4均为中间变量,且K1=f(xn,yn),K4=f(xn+TK0,yn+TK3),

usα(n)和

usβ(n)分别表示nT时刻电机在两相静止坐标上的定子电压,isα(n)和isβ(n)分别表示nT时刻电机在两相静止坐标上的定子电流,Ψrα(n)和Ψrβ(n)分别表示nT时刻在两相静止坐标上的转子磁链,ωr(n)表示nT时刻电机转子的角速度。

6.根据权利要求5所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法,其特征在于:所述步骤(5)的具体步骤为:根据式(5)、式(7)和三相静止坐标系与两相静止坐标系的变换公式得到基于BBMC的三相异步电机调速系统的离散迭代映射模型:。

7.根据权利要求6所述的三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法,其特征在于:所述步骤(6)的具体步骤为:步骤A1:设置系统参数,包括:电机定子自感Ls、转子自感Lr、定转子互感Lm、定子电阻Rs、转子电阻Rr、极对数np、转动惯量J、负载转矩TL、功率开关管的开关周期T,最大迭代次数N,BBMC电容参考电压 电容参考电压周期T0,且满足T0=kT,k为正整数,变化参数增量ΔX,最大偏差ε,计数变量q的初值为0;

步骤A2:首先令主电路电感L为变化参数X,其初值设为0,电容C保持不变;

步骤A3:通过式(8)计算(n+1)T时刻的状态变量 和步骤A4:判断此时 和 是否同时满足

和 若是,则系统处于稳定状态,执行步骤A7;否

则,执行步骤A5;

步骤A5:判断迭代次数n是否大于N,若是,则执行步骤A6;否则,迭代次数n加1,并返回步骤A3;

步骤A6:变化参数X加ΔX,迭代次数n归1,返回步骤A3;

步骤A7:令此时对应的变化参数值X为下限值,即:Xmin=X;

步骤A8:变化参数X依次递增ΔX,每次递增后均根据步骤A3~步骤A4所述方法判断系统是否稳定运行,若是则继续递增,直到系统不能稳定运行为止,则令此时对应的变化参数值X为上限值,即:Xmax=X;

步骤A9:判断此时计数变量q是否等于1,若是则执行步骤A12,否则执行步骤A10;

步骤A10:令Lmin=Xmin,Lmax=Xmax,得到实现调速系统稳定运行时其主电路电感L的取值范围为(Lmin,Lmax),计数变量q加1,执行步骤A11;

步骤A11:在电感L的稳定取值范围内任选一值并保持不变,令电容C为变化参数X,其初值设为0,返回步骤A3;

步骤A12:令Cmin=Xmin,Cmax=Xmax,得到实现调速系统稳定运行时其主电路电容C的取值范围为(Cmin,Cmax);

步骤A13:根据步骤A10所得主电路电感L的取值范围(Lmin,Lmax)和步骤A12所得主电路电容C的取值范围(Cmin,Cmax)来确定BBMC逆变级中电感L和电容C的具体取值,即可实现基于BBMC的三相异步电机调速系统的稳定运行。