[發明專利]電機驅動主電路結構及其信號調制方法、控制器

有效

• 申請號: 201611226814.2
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106788112B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 吳延俊;郜登科;董亮
• 申請（專利權）人: 上海科梁信息工程股份有限公司
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 上海晨皓知識產權代理事務所(普通合伙) 31260
• 代理人: 成麗杰

本發明涉及電力電子技術領域，公開了一種電機驅動主電路結構及其信號調制方法、控制器。其包括：容抗相同的第一電容和第二電容、2n個第一功率開關管以及2n個第二功率開關管；每兩個第一功率開關管構成一電源橋臂，各電源橋臂中兩個第一功率開關管的連接點為每相的負載接入點；第一電容和第二電容串接形成直流分壓支路，各電源橋臂和直流分壓支路均并聯于直流電源兩端；第一電容和第二電容的連接點為中性點；各第二功率開關管的一端均連接于中性點，另一端均連接于各相負載接入點，且各相負載接入點連接有2個第二功率開關管。本實施方式能夠提高電機正常運行時電機驅動裝置對扭矩與速度的控制精度，并且降低電機驅動裝置中功率器件所承受的電壓應力。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種電機驅動主電路結構及其信號調制方法、控制器。

背景技術

隨著電力電子技術的飛速發展，正弦波輸出的變壓變頻電源等的電驅動器已被廣泛應用于各個領域之中，與此同時對其電壓波形質量也提出了越來越高的要求。對逆變器輸出的波形質量的要求一般包含兩個方面：一是穩態精度，二是動態性能。因此，能同時兼顧兩者的逆變結構與控制策略成為了電力電子的研究熱點之一。

對于電機驅動器而言，逆變電路是驅動器設計的核心部分，其性能直接決定驅動器的好壞。按照功率器件類型，可分為半控型逆變電路和全控型逆變電路。半控型逆變電路采用晶閘管為功率器件，全控型逆變電路采用GTO(Gate Turn-Off Thyristor，可關斷晶閘管，亦稱門控晶閘管，簡稱GTO)、電力MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱MOSFET)或IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管，簡稱IGBT)。

“多相半橋逆變電路”作為一種全控型逆變電路被廣泛應用于多相感應電機與多相無刷電機的驅動器電力變換電路中。當電機處在“啟動”或“加速”等需要大扭矩輸出的時刻，相應的電機驅動主電路結構輸出功率較大，而正常運行時所需的輸出功率則相對較小。提高直流側電壓等級可以增加功率的輸出范圍，使“啟動”或“加速”時電機能更快地達到轉速控制目標值。但提高直流側電壓等級同時也意味著減小了電機在正常運行時的控制精度。這一穩態與動態性能之間的矛盾使“多相半橋逆變電路”作為電機驅動器已經逐漸不能滿足現代工業生產制造的精度要求，隨著功率半導體器件性能的提升以及DSP(DigitalSignal Pro)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，現場可編程邏輯門陣列，簡稱FPGA)等微處理器的應用和發展，驅動器功率拓撲結構慢慢朝著更為復雜的結構發展。

發明人在實現本發明的過程中發現：作為電機驅動器功率拓撲，雖然有諸多不足，但“多相半橋逆變電路”結構應用仍最為廣泛。針對不同的應用場合，也涌現出許多新型電機驅動功率拓撲。其中“二極管中性點鉗位(NPC)三電平拓撲”最為突出，多電平的拓撲結構使得高精度控制的優點明顯，常用于精密工件臺，如光刻機。但由于該拓撲結構相較“多相半橋逆變結構”功率器件增加較多，調制復雜，并存在電容電壓平衡等新問題。作為產品應用范圍狹窄且價格昂貴。

作為上述拓撲結構的變形之一，徐殿國等人的專利《一種新型模塊化多電平換流器拓撲》提出了一種模塊化多電平新型拓撲，但該拓撲各電容充放電時間的不同造成電容電壓不平衡，增加了系統動態控制的難度。

作為上述拓撲結構的變形之二：吳海波等人的專利《級聯式多電平變換器的永磁同步電機驅動控制系統及其控制方法》所提出的新型拓撲，從一定程度上解決了諧波問題，提高了功率質量但是仍然存在于鉗位電容或二極管耐壓要求較高，且隨著功率單元數增多，鉗位電容或二極管數量將成倍增長，導致電路復雜。

作為上述拓撲結構的變形之三：曾翔君等人的專利《一種帶有自平衡輔助橋臂的五電平中點鉗位逆變器拓撲》在二極管鉗位五電平逆變拓撲之上，加入了電容自平衡模塊，解決了電容均壓問題。但是電容自平衡模塊額外增加了8個功率開關管，提高了成本。