[發(fā)明專利]電流響應型三相永磁同步電機的模擬系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710720032.2
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107390071A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設計）人: 馬柯;宋宇博
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/34
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

1.一種電流響應型三相永磁同步電機的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括：三相DC/AC電力電子變流器、三相無源電阻抗網(wǎng)絡、電流控制回路、電機行為處理器；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源電阻抗網(wǎng)絡的第一端相連，所述三相無源電阻抗網(wǎng)絡的第二端構成所述模擬系統(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到的三相電流信號；所述電流控制回路的第二輸入端輸入所述電機行為處理器輸出的電流參考信號；所述電流控制回路的輸出端輸出驅(qū)動所述三相DC/AC電力電子變流器的脈寬調(diào)制信號；所述電機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到的三相電壓信號；所述電機行為處理器的第二輸入端輸入所述模擬系統(tǒng)的負載轉矩端口所檢測到的轉矩信號；所述電機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；所述電機行為處理器的第二輸出端輸出電機轉速信號；所述電機行為處理器的第三輸出端輸出電機轉子位置信號；其中：

所述三相DC/AC電力電子變流器和所述三相無源電阻抗網(wǎng)絡用于模擬所述電流響應型三相永磁同步電機的電流響應特性，并通過所述模擬系統(tǒng)的三相交流功率端口與外接電機驅(qū)動系統(tǒng)進行電能交換；

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

所述電機行為處理器用于描述所述電流響應型三相永磁同步電機的電氣和機械行為特性；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、輸入的負載轉矩信號產(chǎn)生所述電流控制回路的電流參考信號，并輸出相應的電機轉速信號和電機轉子位置信號。

2.根據(jù)權利要求1所述的電流響應型三相永磁同步電機的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述電機行為處理器，包括依次串聯(lián)的坐標變換子模塊、電磁方程子模塊、轉矩方程子模塊、運動方程子模塊、位置轉換子模塊；所述坐標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的三相電壓信號，且所述坐標變換子模塊的第一端構成所述電機行為處理器的第一輸入端；所述坐標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型三相永磁同步電機的永磁體磁鏈幅值；所述電磁方程子模塊的輸出端與所述轉矩方程子模塊的第一輸入端相連；所述轉矩方程子模塊的第二輸入端輸入所述電流響應型三相永磁同步電機的永磁體磁鏈幅值；所述轉矩方程子模塊的輸出端與所述運動方程子模塊的第一輸入端相連，所述運動方程子模塊的第二輸入端輸入所述電流響應型三相永磁同步電機的負載轉矩信號；所述運動方程子模塊的輸出端輸出所述電流響應型三相永磁同步電機的機械角頻率，并分成兩條支路，其中一條支路經(jīng)過所述電流響應型三相永磁同步電機的極對數(shù)增益運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換子模塊的輸入端相連；所述位置轉換子模塊的輸出端輸出所述電流響應型三相永磁同步電機的轉子磁鏈相角和機械相角；其中：

所述坐標變換子模塊，用于將三相電壓信號轉換到dq同步旋轉坐標系、αβ兩相靜止坐標系、abc三相靜止坐標系中的任一個坐標系中；或者，在所檢測的三相電壓信號為高頻脈沖信號時，所述坐標變換子模塊對三相電壓信號進行濾波以使其變成線性連續(xù)信號；

所述電磁方程子模塊，用于對所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的電磁特性進行描述，具體為：將經(jīng)坐標變換得到的三相交流端電壓、所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的電角頻率、所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的永磁體磁鏈幅值通過方程計算轉化為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的定子電流；所述電磁方程子模塊在dq坐標系下的時域表達式為：

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

所述轉矩方程子模塊在dq坐標系下的時域表達式為：

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

式中：T_e為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機等效輸出的電磁轉矩，n_p為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的極對數(shù)，ψ_d為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機定子磁鏈的d軸分量，ψ_q為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機定子磁鏈的q軸分量；

所述運動方程子模塊的時域表達式為：

Te-Tload=Jdωmechdt+Fωmech]]>

式中：T_load為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的負載轉矩，ω_mech為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的機械角頻率，J為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的轉動慣量，F(xiàn)為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的轉軸阻力系數(shù)；

所述位置轉換子模塊的時域表達式為：

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型三相永磁同步電機的電角頻率，n_p為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的極對數(shù)，ω_mech為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的機械角頻率，θ_e為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的轉子磁鏈相角，ω_e(t)為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的電角頻率隨時間變化的函數(shù)，ω_mech(t)為所模擬的電流響應型三相永磁同步電機的機械角頻率隨時間變化的函數(shù)。