[發(fā)明專利]基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710225144.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106911277B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高晗瓔;劉珊珊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P25/026;H02P27/12;H02M1/32;H02M1/42
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 陳曉光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高效永磁電機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)踐當(dāng)中已有廣泛的應(yīng)用，如用在風(fēng)機(jī)、電力機(jī)車和輕工機(jī)械等，其控制效果可與直流調(diào)速相媲美，并且還擁有直流調(diào)速系統(tǒng)沒(méi)有的一系列優(yōu)點(diǎn)。交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行電機(jī)一般為異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)。其中，永磁同步電機(jī)由于其轉(zhuǎn)子為永磁體，沒(méi)有復(fù)雜的電刷結(jié)構(gòu)，且采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制可以使永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制性能接近直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)，因此廣泛應(yīng)用于伺服控制及電氣傳動(dòng)等場(chǎng)合。

構(gòu)成交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的除了執(zhí)行電機(jī)外還包括變頻裝置，常見(jiàn)的變頻裝置主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括AC/DC/AC變換器(雙PWM變換器和不控整流PWM變換器)及AC/AC變換器(主要是周波變換器)，其中，不控整流PWM變換器采用二極管不控整流，會(huì)造成輸入電流發(fā)生畸變，使得輸入電流波形非正弦，諧波增大，輸入功率因數(shù)偏低，能量無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)，且中間直流環(huán)節(jié)含有大電容；雙PWM控制器整流和逆變均采用全控性器件，實(shí)現(xiàn)了輸入電流輸出電壓正弦化，能量雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)運(yùn)行，但該結(jié)構(gòu)仍需要中間直流儲(chǔ)能電容；周波變換器由于沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)，利用電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)晶閘管的自然換流，實(shí)現(xiàn)了能量雙向流動(dòng)和四象限運(yùn)行，但由于采用移相觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)功率變換，使得電流電壓波形畸變嚴(yán)重，輸入功率因數(shù)較低。

發(fā)明內(nèi)容

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，已解決現(xiàn)有技術(shù)不足。

本發(fā)明的基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，其包括主電路、檢測(cè)電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路以及箝位電路；主電路包括三相交流電源、RLC輸入濾波器、雙向開(kāi)關(guān)矩陣電路以及永磁同步電機(jī)；檢測(cè)電路包括輸入電壓檢測(cè)模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊以及光電編碼器，其中，輸入電壓檢測(cè)模塊用于進(jìn)行輸入相電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，輸出電壓電流檢測(cè)模塊用于進(jìn)行輸出電流極性檢測(cè)、輸出電壓大小檢測(cè)和輸出電流大小檢測(cè)，而光電編碼器用于對(duì)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子初始位置進(jìn)行檢測(cè)；控制電路包括ARM模塊和FPGA模塊，以實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換、計(jì)算定子磁鏈、計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩、輸入電流扇區(qū)、輸出電壓扇區(qū)以及求出矢量作用時(shí)間和矢量分配情況的功能；驅(qū)動(dòng)電路用于對(duì)控制電路中的FPGA輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行放大以及隔離驅(qū)動(dòng)雙向開(kāi)關(guān)矩陣電路中的開(kāi)關(guān)管；信號(hào)處理電路用于對(duì)輸入電壓檢測(cè)模塊及輸出電壓電流檢測(cè)模塊采集的信號(hào)進(jìn)行限幅、濾波和比較整形；箝位電路用于保護(hù)雙向開(kāi)關(guān)矩陣電路中的開(kāi)關(guān)管免遭過(guò)壓損壞。

優(yōu)選地，箝位電路包括過(guò)壓吸收電路模塊和泄放電路模塊；過(guò)壓吸收電路模塊包括第一電容、第二電容、第九電阻、第十電阻以及多個(gè)二極管；過(guò)壓吸收電路模塊和泄放電路模塊用于在雙向開(kāi)關(guān)矩陣電路帶感性負(fù)載時(shí)，通斷切換雙向開(kāi)關(guān)矩陣電路中的開(kāi)關(guān)管瞬間形成高壓尖峰，通過(guò)高壓尖峰能量對(duì)第一電容和第二電容進(jìn)行充電以保護(hù)雙向開(kāi)關(guān)矩陣電路中的開(kāi)關(guān)管；第九電阻和第十電阻為均壓電阻。

優(yōu)選地，多個(gè)二極管包括6組二極管，6組二極管中的每一組包括兩個(gè)串聯(lián)的二極管，6組二極管并聯(lián)連接于泄放電路模塊的兩端；第一電容的一端和第十電阻的一端M連接后與泄放電路模塊的一端相連接，第一電容的另一端、第十電阻的另一端、第二電容的一端以及第九電阻的一端連接在一起，第二電容的另一端和第九電阻的另一端連接后與泄放電路模塊的另一端N相連接。