[發(fā)明專利]電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的模擬系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710720032.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107390071A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬柯;宋宇博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/00
• 分類號(hào): G01R31/00;G01R31/34
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 郭國(guó)中

1.一種電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括：三相DC/AC電力電子變流器、三相無(wú)源電阻抗網(wǎng)絡(luò)、電流控制回路、電機(jī)行為處理器；所述三相DC/AC電力電子變流器的三相交流端與所述三相無(wú)源電阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端相連，所述三相無(wú)源電阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端構(gòu)成所述模擬系統(tǒng)的三相交流功率端口；所述三相DC/AC電力電子變流器的直流端構(gòu)成所述模擬系統(tǒng)的直流功率端口；所述電流控制回路的第一輸入端輸入所述三相交流功率端口所檢測(cè)到的三相電流信號(hào)；所述電流控制回路的第二輸入端輸入所述電機(jī)行為處理器輸出的電流參考信號(hào)；所述電流控制回路的輸出端輸出驅(qū)動(dòng)所述三相DC/AC電力電子變流器的脈寬調(diào)制信號(hào)；所述電機(jī)行為處理器的第一輸入端輸入所述三相交流功率端口所檢測(cè)到的三相電壓信號(hào)；所述電機(jī)行為處理器的第二輸入端輸入所述模擬系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩端口所檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)；所述電機(jī)行為處理器的第一輸出端輸出所述電流控制回路的電流參考信號(hào)；所述電機(jī)行為處理器的第二輸出端輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；所述電機(jī)行為處理器的第三輸出端輸出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)；其中：

所述三相DC/AC電力電子變流器和所述三相無(wú)源電阻抗網(wǎng)絡(luò)用于模擬所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的電流響應(yīng)特性，并通過(guò)所述模擬系統(tǒng)的三相交流功率端口與外接電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行電能交換；

所述電流控制回路用于對(duì)所述模擬系統(tǒng)的三相交流功率端口的電流進(jìn)行閉環(huán)控制；

所述電機(jī)行為處理器用于描述所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的電氣和機(jī)械行為特性；以及根據(jù)所述模擬系統(tǒng)的三相交流功率端口的電壓信號(hào)、輸入的負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號(hào)產(chǎn)生所述電流控制回路的電流參考信號(hào)，并輸出相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)行為處理器，包括依次串聯(lián)的坐標(biāo)變換子模塊、電磁方程子模塊、轉(zhuǎn)矩方程子模塊、運(yùn)動(dòng)方程子模塊、位置轉(zhuǎn)換子模塊；所述坐標(biāo)變換子模塊的第一端輸入所述模擬系統(tǒng)的三相交流功率端口所檢測(cè)的三相電壓信號(hào)，且所述坐標(biāo)變換子模塊的第一端構(gòu)成所述電機(jī)行為處理器的第一輸入端；所述坐標(biāo)變換子模塊的輸出端與所述電磁方程子模塊的第一輸入端相連，所述電磁方程子模塊的第二輸入端輸入所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的永磁體磁鏈幅值；所述電磁方程子模塊的輸出端與所述轉(zhuǎn)矩方程子模塊的第一輸入端相連；所述轉(zhuǎn)矩方程子模塊的第二輸入端輸入所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的永磁體磁鏈幅值；所述轉(zhuǎn)矩方程子模塊的輸出端與所述運(yùn)動(dòng)方程子模塊的第一輸入端相連，所述運(yùn)動(dòng)方程子模塊的第二輸入端輸入所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號(hào)；所述運(yùn)動(dòng)方程子模塊的輸出端輸出所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的機(jī)械角頻率，并分成兩條支路，其中一條支路經(jīng)過(guò)所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)增益運(yùn)算后與所述電磁方程子模塊的第三輸入端相連，另一條支路與所述位置轉(zhuǎn)換子模塊的輸入端相連；所述位置轉(zhuǎn)換子模塊的輸出端輸出所述電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈相角和機(jī)械相角；其中：

所述坐標(biāo)變換子模塊，用于將三相電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、αβ兩相靜止坐標(biāo)系、abc三相靜止坐標(biāo)系中的任一個(gè)坐標(biāo)系中；或者，在所檢測(cè)的三相電壓信號(hào)為高頻脈沖信號(hào)時(shí)，所述坐標(biāo)變換子模塊對(duì)三相電壓信號(hào)進(jìn)行濾波以使其變成線性連續(xù)信號(hào)；

所述電磁方程子模塊，用于對(duì)所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的電磁特性進(jìn)行描述，具體為：將經(jīng)坐標(biāo)變換得到的三相交流端電壓、所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的電角頻率、所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的永磁體磁鏈幅值通過(guò)方程計(jì)算轉(zhuǎn)化為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的定子電流；所述電磁方程子模塊在dq坐標(biāo)系下的時(shí)域表達(dá)式為：

ud=Rsid+ddtLdid-ωeLqiq]]>

uq=Rsiq+ddtLqiq+ωeLdid+ωeψf]]>

式中：u_s為三相交流端電壓，u_d為u_s經(jīng)dq坐標(biāo)變換后的d軸分量，u_q為u_s經(jīng)dq坐標(biāo)變換后的q軸分量，R_s為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的定子繞組電阻，i_d為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的定子電流i_s在dq坐標(biāo)變換后的d軸分量，i_q為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的定子電流i_s在dq坐標(biāo)變換后的q軸分量，L_d為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的三相電感經(jīng)dq坐標(biāo)變換后的d軸分量，L_q為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的三相電感經(jīng)dq坐標(biāo)變換后的q軸分量，ω_e為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的電角頻率，ψ_f為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的永磁體磁鏈幅值；

所述轉(zhuǎn)矩方程子模塊在dq坐標(biāo)系下的時(shí)域表達(dá)式為：

Te=32np(ψdiq-ψqid)=32np(ψfiq+(Ld-Lq)idiq)]]>

式中：T_e為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)等效輸出的電磁轉(zhuǎn)矩，n_p為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)，ψ_d為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)定子磁鏈的d軸分量，ψ_q為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)定子磁鏈的q軸分量；

所述運(yùn)動(dòng)方程子模塊的時(shí)域表達(dá)式為：

Te-Tload=Jdωmechdt+Fωmech]]>

式中：T_load為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，ω_mech為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的機(jī)械角頻率，J為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，F(xiàn)為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)軸阻力系數(shù)；

所述位置轉(zhuǎn)換子模塊的時(shí)域表達(dá)式為：

ω_e＝n_pω_mech

θe=∫0tωe(t)dt]]>

θmech=∫0tωmech(t)dt]]>

式中：ω_e為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的電角頻率，n_p為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)，ω_mech為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的機(jī)械角頻率，θ_e為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈相角，ω_e(t)為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的電角頻率隨時(shí)間變化的函數(shù)，ω_mech(t)為所模擬的電流響應(yīng)型三相永磁同步電機(jī)的機(jī)械角頻率隨時(shí)間變化的函數(shù)。