[發明專利]大功率無刷雙饋電機三電平雙向變頻調速系統

有效

• 申請號: 201410686806.0
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN105703689B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 劉巖;夏加寬;王麗梅
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02P27/06
• 分類號: H02P27/06;H02P21/14
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 韓輝

本發明公開一種大功率無刷雙饋電機三電平雙向變頻調速系統，其特征在于該系統由無刷雙饋電機和三電平雙PWM交流調速系統兩大部分組成，三電平雙PWM交流調速系統包括有無刷雙饋電機三電平PWM整流單元和無刷雙饋電機三電平逆變器單元。本發明的三電平雙PWM交流調速系統主電路結構中每相橋臂采用四個功率器件串聯，與兩電平主電路結構相比，每個功率器件承受電壓更小，同時整流端采用三電平PWM整流器，可以實現能量雙向流動，提高能量回收率，減少電機交流調速系統的能量損耗，適合應用于高壓大功率電機驅動場合。

技術領域

本發明涉及一種無刷雙饋電機的變頻調速系統，特別涉及一種大功率無刷雙饋電機三電平雙向變頻調速系統，屬于自動化控制以及數控領域。

背景技術

無刷雙饋電機(簡稱為BDFM)是一種新型交流感應電機。其結構上定子端具有兩套相互獨立的不同極對數的三相定子繞組，分別稱為功率繞組和控制繞組。分別由電網和變頻電源供電。兩套定子繞組共用一套鐵心且沒有直接的電磁耦合。這種電機在結構上取消了電刷和滑環，具有結構簡單、堅固耐用、功率因數可調等優點。電機具有一套特殊結構的轉子繞組。轉子繞組采用特殊的結構，無刷雙饋電機可以運行于同步，異步和雙饋等多種狀態，因此其在交流調速調速系統和變速恒頻發電等領域中有著廣闊的應用前景。三電平雙PWM結構的變頻調速系統功率因數可調，可實現能量雙向傳遞，同時具有耐壓程度更高、輸出電壓波形質量高等優點，適用于高壓大容量交流調速系統。目前，對無刷雙饋電機設計和控制方法的研究已經成為了研究熱點。但是由于無刷雙饋電動機模型較普通交流感應電機結構復雜，因此其控制系統結構和控制算法的開發具有一定的難度。

發明內容

本發明的目的就在于解決現有技術的上述不足，經過反復研究和大量試驗后提供一種大功率無刷雙饋電機三電平雙向變頻調速系統及其控制方法。本發明采用的三電平交流調速系統結構相對兩電平結構控制精度更高，耐壓更好。同時整流端采用三電平PWM整流器，可以實現能量雙向流動，提高能量回收率，減少電機交流調速系統的能量損耗，適合應用于高壓大功率電機驅動場合。

本發明給出的這種大功率無刷雙饋電機三電平雙向變頻調速系統，其特征在于該系統由無刷雙饋電機和三電平雙PWM交流調速系統兩大部分組成，三電平雙PWM交流調速系統包括有無刷雙饋電機三電平PWM整流單元和無刷雙饋電機三電平逆變器單元；

所述的無刷雙饋電機三電平PWM整流單元：包括控制電路板單元，霍爾傳感器、整流端交流電壓、電流信號調理電路單元，整流器驅動電路單元；

所述的無刷雙饋電機三電平逆變器單元：包括逆變器主電路單元、霍爾傳感器電壓電流檢測單元、功率繞組交流電壓，電流信號調理電路單元、控制繞組交流電壓、電流信號調理電路 單元，直流端電壓檢測電路單元、逆變器驅動電路單元；

其中無刷雙饋電機的功率繞組連接工頻電網，控制繞組連接交流調速系統；交流調速系統中的三電平PWM整流單元連接工頻電網和直流端電容，將工頻電網的交流電整流為直流電，檢測單元由霍爾傳感器連工頻電網采集電壓和電流信息，采集后的信號經過信號調理電路的濾波、放大送入DSP控制單元中DSP的AD端口，DSP計算整流所需的PWM信號，PWM信號送入驅動電路，驅動電路根據PWM信號控制主電路中開關器件的導通和關斷。以實現交流整流為直流的整流過程；

工頻電網的交流電電流經過整流后通過直流母線電容的濾波作用，送入三電平PWM逆變單元，逆變單元分別采用霍爾傳感器連接功率繞組端和控制繞組端，采集功率繞組端的電壓、電流信號，信號送入信號調理電路，經過濾波放大送入DSP控制單元AD端口，DSP芯片計算出控制電機所需的PWM波信號，將PWM信號送入驅動電路，驅動電路根據信號控制主電路開關器件的導通和關斷。以控制電機。