[發(fā)明專利]一種帶有電力失效補償功能的磁懸浮分子泵電機控制裝置

有效

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• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103701397A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 劉剛;毛琨;鄭世強;韓邦成;張櫻子;孫慶文
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P23/10
• 分類號: H02P23/10;H02P27/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 孟卜娟

1.一種帶有電力失效補償功能的磁懸浮分子泵電機控制裝置，其特征在于：該裝置包括：

單相可控整流模塊（2）：與DSP控制器模塊（3）相連接，輸入220V單相交流電，DSP控制模塊（3）以霍爾電壓傳感器（4）的輸出作為反饋，通過電壓閉環(huán)控制輸出相控整流信號，控制單相可控整流模塊（2）實現(xiàn)AC/DC相控整流，輸出0V～310V可調(diào)的直流電壓，為三相逆變橋模塊（8）提供直流母線電壓；

DSP控制器模塊（3）：作為整個電機控制裝置的核心模塊，與單相可控整流模塊（2）、三相逆變橋模塊（8）、高壓DC/DC模塊（6）、低壓DC/DC模塊（7）相連接，通過霍爾電壓傳感器（4）的輸出作為反饋，產(chǎn)生相控整流信號，控制單相可控整流模塊（2）實現(xiàn)AC/DC可控整流，通過霍爾電流傳感器（5）的輸出作為反饋，使用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)電機控制器產(chǎn)生PWM信號，控制三相逆變橋模塊（8），實現(xiàn)對永磁電機（11）的驅(qū)動，通過對電壓傳感器（1）的輸出進行監(jiān)控，在外部電力失效時，采用電壓傳感器（4）的輸出作為反饋，通過電壓控制器產(chǎn)生PWM信號，控制高壓DC/DC模塊（6），實現(xiàn)對永磁電機的回饋能量進行轉(zhuǎn)換，得到磁軸承功放系統(tǒng)電源，另外低壓DC/DC模塊（7）在系統(tǒng)外部電力失效時，輸出+5V和+15V為DSP控制器模塊（3）供電；

高壓DC/DC模塊（6）：與DSP控制器模塊（3）、低壓DC/DC模塊（7）以及磁軸承功放系統(tǒng)（9）相接，正常工作時DSP控制器模塊（3）關閉PWM信號，高壓DC/DC模塊（6）不工作，當外部電力失效時，DSP控制器模塊（3）根據(jù)電壓傳感器（4）以及預定值，通過電壓閉環(huán)PI控制器產(chǎn)生PWM信號，驅(qū)動高壓DC/DC模塊（6），實現(xiàn)對于電機回饋能量的轉(zhuǎn)換，輸入為電機直流母線電壓，輸出+28V，為磁軸承功放系統(tǒng)（9）和低壓DC/DC模塊（7）提供直流電源；

低壓DC/DC模塊（7）：與高壓DC/DC模塊（6）、DSP控制器模塊（3）和磁軸承控制系統(tǒng)（10）相連接，正常運行時不工作，而當外部電力失效時，高壓DC/DC模塊（6）輸出+28V直流電壓作為其輸入，通過隔離DC/DC模塊轉(zhuǎn)化為+5V和+15V，為DSP控制模塊（3）提供控制電源；

三相逆變橋模塊（8）：與單相可控整流模塊（2）和DSP控制器模塊（3）輸出相連接，輸入相控整流出的直流電壓，DSP控制器模塊（3）根據(jù)電流傳感器（5）的輸出作為反饋，按照給定的轉(zhuǎn)速，通過電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制器輸出PWM信號，控制三相逆變橋模塊（8）將直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷海?qū)動永磁電機（11）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有電力失效補償功能的磁懸浮分子泵電機控制裝置，其特征在于：所述DSP控制器模塊（3）采用TMS320F28335浮點型DSP作為核心控制芯片。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有電力失效補償功能的磁懸浮分子泵電機控制裝置，其特征在于：所述電機控制裝置采用單相可控整流模塊取代了傳統(tǒng)不同整流橋，并將整流橋控制軟件算法和永磁電機驅(qū)動算法使用單片DSP控制器實現(xiàn)，且電機的軟起動過程為：

（1）DSP控制模塊（3）控制單相可控整流模塊（2）實現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出預設的軟起動電壓，此時DSP控制模塊（3）控制三相逆變橋模塊（8）關閉；

（2）DSP控制模塊（3）通過電壓傳感器（4）監(jiān)測母線電壓，當系統(tǒng)達到預設的軟起動電壓，DSP控制模塊（3）輸出6路PWM信號，采用三相六拍的驅(qū)動方式，PWM采用H_PWM_L_ON的調(diào)制方式，控制逆變橋，驅(qū)動電機，且PWM占空比從0升至50%，電機開始加速；

（3）DSP控制模塊（3）控制單相可控整流模塊（2）逐漸升高直流母線電壓至電機額定電壓，此過程中DSP控制器模塊（3）保持驅(qū)動三相逆變橋模塊（8）的PWM占空比50%；

（4）DSP控制模塊（3）控制單相可控整流模塊（2）的輸出穩(wěn)定在電機額定電壓，采用電流傳感器（5）的輸出、電機轉(zhuǎn)速估計值以及轉(zhuǎn)速預設值，使用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器來計算控制量，轉(zhuǎn)化為PWM信號，輸出至三相逆變橋模塊（8），實現(xiàn)系統(tǒng)電機起動從開環(huán)控制至閉環(huán)控制的切換。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有電力失效補償功能的磁懸浮分子泵電機控制裝置，其特征在于：外部電力失效時，帶有電力失效補償功能的磁懸浮永磁電機控制裝置的處理過程為：

（1）DSP控制器模塊（3）首先進行故障診斷，進行現(xiàn)場控制參數(shù)的存儲；

（2）DSP控制器模塊（3）根據(jù)預設值和電壓傳感器（4）控制高壓DC/DC模塊輸出+28V，同時關閉三相逆變橋模塊（8）和單相可控整流模塊（2）；

（3）DSP控制器模塊（3）根據(jù)電壓傳感器（4），監(jiān)測電機直流母線電壓低于+30V時，逐步降低給定值，直至低于+15V，低壓DC/DC模塊停止工作，整個系統(tǒng)停止工作。