[發明專利]一種永磁同步電機的變頻電路

在審

• 申請號: 201611203072.1
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106787797A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 戈寶軍;羅前通;王立坤;朱一楓;趙洪森;薛慧敏;蘆浩;魏瑤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 張月

技術領域：

本發明涉及一種永磁同步電機的變頻電路，屬于電機控制領域。

背景技術：

高速永磁電機普遍采用高頻、非正弦PWM逆變器供電，頻率可達幾千赫茲到幾萬赫茲，由高速永磁同步電機的結構特點和運行狀態要求可知，高速永磁同步電機的定子電感很小，通常低于0.5mH。從有利的一方面來說，小電感特性利于提高定子電流的動態響應速度，然而此特性對電機控制系統還會帶來諸多不利影響。采用開關頻率為數千赫茲的三相電壓源PWM逆變器直接對此類型電機進行驅動時，由于電機定子電感很小，因此難以實現對繞組電流的有效調節，這將導致繞組電流發生畸變，電流中含有很大的諧波成分，從而會增加繞組銅損和鐵心損耗，同時還會產生較大的轉矩脈動和噪聲。為了減小變頻器輸出的電流中的諧波含量，從而更好地實現對高速永磁同步電機的控制，通常的方法就是在變頻器的輸出端串入大小適中的三個相同的電感，使永磁同步電機定子等效電感變大，從而濾出基波以外的電流分量。但是在變頻器的輸出端加裝濾波電感會使整個系統的體積、重量及成本成倍的增加，同時由于電感對電流起滯后作用，這無疑又會降低電樞電流的動態響應速度。另外一種方法是通過提高開關管的控制頻率，以實現對定子電流快速調節的目的。然而開關管的開關頻率不能無限制地增加，它還受到系統功率的限制，因此需要對永磁同步電機的變頻電路加以改進。

發明內容：

本發明提供了一種永磁同步電機的變頻電路，目的在于解決現有永磁同步電機定子電流中諧波含量較高的問題，其可以實現再生制動，使交流輸出電流接近正弦波，可減小定子電流畸變率，進而提高了永磁同步電機控制性能。

本發明的永磁同步電機的變頻電路，為達到上述目的所采用的技術方案是：包括三個交流側電感、三相橋式PWM整流單元、電容C1、三相橋式PWM逆變單元和CLC濾波單元，所述三個交流側電感包括三個電感L1，三個電感L1以串聯的形式接入電路中；所述三相橋式PWM整流單元和三相橋式PWM逆變單元均包括六個絕緣柵雙極晶體管，每個絕緣柵雙極晶體管分別與一個二極管反向并聯，所述三個交流側電感的一端與三相電源相連，另一端與三相橋式PWM整流單元的一端相連，三相橋式PWM整流單元的另一端通過電容C1與三相橋式PWM逆變單元的一端相連，三相橋式PWM逆變單元的另一端與CLC濾波單元的一端相連，CLC濾波單元的另一端連接永磁同步電機。

作為本發明的進一步改進，所述CLC濾波單元包括第一濾波單元、三個電感L4和第二濾波單元，所述的第一濾波單元的輸入端分別與三相橋式PWM逆變單元的輸出端、電感L4的一端相連，所述的第二濾波單元分別與電感L4的另一端、永磁同步電機的輸入端相連。通過第一濾波單元能夠有效地吸收三相橋式PWM逆變單元電流中5到7次的諧波，通過第二濾波單元能夠有效地吸收電流中7次以上的高頻諧波。

作為本發明的進一步改進，所述第一濾波單元包括三個電容C2、三個電容C3、三個電感L2和三個電感L3，三個電容C2的一端分別與三相橋式PWM逆變單元3的輸出端、電感L4的一端相連，另一端分別與三個電感L2的一端相連，三個電感L2的另一端分別與電容C3和電感L3的一端相連，電感L3的另一端和電容C3的另一端均與接地端相連。

作為本發明的進一步改進，所述第二濾波單元包括三個電容C4、三個電感L5和三個電阻R1，三個電容C4的一端分別與電感L4的另一端、永磁同步電機的輸入端相連，另一端分別與三個電感L5的一端、三個電阻R1的一端相連，三個電感L5的另一端、三個電阻R1的另一端均與接地端相連。

作為本發明的進一步改進，所述二極管為高反向電阻點接觸型二極管,其反向電阻高,和儲能元件一起使用，可防止電路中電壓電流的突變，為反向電動勢提供耗電通路。

本發明的有益效果是：本發明采用三相橋式PWM整流電路替換傳統不可控整流器，無需增加任何附加電路就能實現變頻器再生能量向電網的回饋，采用PWM整流技術，它直接對整流橋上各功率開關原件進行控制，使得輸入電流接近正弦波，其相位與電壓源相位相同。這樣輸入電流中只含與開關頻率有關的高次諧波，這些諧波次數高，容易濾除，同時，也使功率因數接近1，減少對電網的危害，雙PWM具有輸入電壓、電流頻率固定，波形均為近似正弦，功率因數接近1，輸出電壓電流頻率可變，電流波形近似為正弦的特點，輸出電流流經CLC濾波單元，能有效的抑制輸出電流中除基頻以外的各次諧波電流，使得流入永磁同步電機的電樞電流為正弦波的特點。這種變頻器可實現四象限運行，可以實現能量的雙向流動。

附圖說明：