[發明專利]電流響應型三相永磁同步電機的模擬系統

在審

• 申請號: 201710720032.2
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107390071A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（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: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體地，涉及電流響應型三相永磁同步電機的模擬系統。

背景技術

永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)和其配套的電機調速驅動系統正廣泛應用于風力發電、工業控制、電動汽車等重要的電能變換和電力拖動領域。在這些應用中，永磁同步電機的功率等級和功率密度正不斷提升，負載特性也變得越來越復雜。在設計研發以及出廠調試時，往往需要對永磁同步電機及其驅動系統進行一系列功能性和可靠性的測試及驗證。

傳統的永磁同步電機測試方法，除了真實的永磁同步電機和與之配套的電機驅動外，還包括與永磁同步電機機械轉軸相連的另一套對拖電機系統，以對被測永磁同步電機施加負載轉矩。而當面對越來越復雜的運行工況，以及越來越高的可靠性和功能性要求時，傳統的電機測試方法會有一系的列局限性：1)對拖系統很難模擬一些復雜的，高動態，長時間的負載轉矩特性；2)測試系統的參數，特別是電機特性難以自由改變；3)機械環節大大增加了測試系統的損耗，并帶來測試安全性和準確性等問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種電流響應型三相永磁同步電機的模擬系統。

根據本發明提供的一種電流響應型三相永磁同步電機的模擬系統，包括：三相DC/AC電力電子變流器、三相無源電阻抗網絡、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絡的第一端相連，所述三相無源電阻抗網絡的第二端構成所述模擬系統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動所述三相DC/AC電力電子變流器的脈寬調制信號；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的三相交流功率端口與外接電機驅動系統進行電能交換；

所述電流控制回路用于對所述模擬系統的三相交流功率端口的電流進行閉環控制；

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；以及根據所述模擬系統的三相交流功率端口的電壓信號、輸入的負載轉矩信號產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。

可選地，所述電機行為處理器，包括依次串聯的坐標變換子模塊、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，其中一條支路經過所述電流響應型三相永磁同步電機的極對數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信號；