[發明專利]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

• 申請號: 201410010383.0
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103701397A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 劉剛;毛琨;鄭世強;韓邦成;張櫻子;孫慶文
• 申請（專利權）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

技術領域

本發明涉及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，能夠驅動高速磁懸浮永磁電機，實現軟起動功能，同時在外部電力失效時，能夠通過控制開關電源變換裝置將永磁電機回饋的能量轉換為所需的電源類型，實現對磁軸承電源系統的實時補償，防止轉子在工作時直接跌落在轉子上，特別適用于對于電源可靠性要求苛刻的高速磁懸浮分子泵電機控制系統。

背景技術

分子泵是獲得超高真空環境的高端科學儀器設備的關鍵核心部件，是我國尖端科學儀器、國防領域核心器件、高技術產業工藝裝備研制必不可少的關鍵儀器設備。根據轉子的支承方式，分子泵分為機械軸承分子泵和磁懸浮分子泵。和機械軸承分子泵相比，磁懸浮分子泵采用磁懸浮電機系統作為驅動裝置，轉速高，抽速大，壓縮比大，無需潤滑，不存在油擴散污染，無摩擦，壽命長。

磁軸承系統采用電磁力來支承轉子，對于電源可靠性要求極高，傳統的磁懸浮分子泵電機驅動系統并不具備磁軸承電力失效補償的功能。磁懸浮分子泵一般采用不間斷電源系統或者使用基于電機能量回饋的開關電源裝置，具備一定的電力失效補償能力，其中不間斷電源系統必須使用化學電池，增加了系統硬件和維護成本，而基于電機能量回饋的開關電源使用的是集成的模擬控制芯片，采用傳統的模擬控制方法，這種控制方式對于開關電源變換器的非線性和參數時變特性無法進行有效補償，此外其工作獨立于電機的驅動裝置，無法和整個分子泵控制系統進行有效通訊，限制了系統電源轉換效率的進一步提高。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有磁懸浮分子泵系統電力失效補償時所采用的的開關電源系統無法對于開關變換器所具有的非線性和參數時變特性進行有效控制的不足，提出一種以DSP為核心，基于數字控制技術的，帶有電力失效補償功能的磁懸浮永磁電機控制裝置。

本發明的技術解決方案：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，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，通過電壓閉環控制輸出相控整流信號，控制單相可控整流模塊2實現AC/DC相控整流，輸出0V～310V可調的直流電壓，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，產生相控整流信號，控制單相可控整流模塊2實現AC/DC可控整流，通過霍爾電流傳感器5的輸出作為反饋，使用電流轉速雙閉環電機控制器產生PWM信號，控制三相逆變橋模塊8，實現對永磁電機11的驅動，通過對電壓傳感器1的輸出進行監控，在外部電力失效時，采用電壓傳感器4的輸出作為反饋，通過電壓控制器產生PWM信號，控制高壓DC/DC模塊6，實現對永磁電機的回饋能量進行轉換，得到磁軸承功放系統電源，另外低壓DC/DC模塊7在系統外部電力失效時，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根據電壓傳感器4以及預定值，通過電壓閉環非線性滑?？刂破鳟a生PWM信號，驅動高壓DC/DC模塊6，實現對于電機回饋能量的轉換，輸入為電機直流母線電壓，輸出+28V，為磁軸承功放系統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根據電流傳感器5的輸出作為反饋，按照給定的轉速，通過電流轉速雙閉環控制器輸出PWM信號，控制三相逆變橋模塊8將直流電壓逆變為三相交流電壓，驅動永磁電機11。

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，所述DSP控制器模塊3采用TMS320F28335浮點型DSP作為核心控制芯片。