[發明專利]電流響應型永磁同步電機及其驅動系統的三相模擬器

在審

• 申請號: 201710996187.9
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107645253A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 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: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/34
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31317
• 代理人: 徐紅銀

技術領域

本發明涉及電力電子和電機技術領域，具體地，涉及一種電流響應型永磁同步電機及其驅動系統的三相模擬器。

背景技術

永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)及其配套的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、對拖電機系統很難模擬一些復雜、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永磁同步電機及其驅動系統的三相模擬器。

根據本發明提供的永磁同步電機及其驅動系統的三相模擬器，包括：

三相DC/AC變流器、驅動行為處理器、電機行為處理器、電壓控制環節、電流控制環節；其中：

所述三相DC/AC變流器，用于在電路層面上模擬三相永磁同步電機驅動系統加在電機端口的驅動電壓，以及模擬所述永磁同步電機對所述驅動電壓的電流響應；

所述驅動行為處理器，用于描述所述驅動系統的電氣行為特性；根據目標轉速控制給定(機械轉速ω_mech*)以及所述電機行為處理器所產生的定子電流響應信號(i_s)和轉速信號(機械轉速ω_mech)，經過控制計算產生所模擬驅動系統的驅動電壓信號(u_s)。

所述電機行為處理器，用于描述和模擬所述永磁同步電機的電氣和機械行為特性；根據所述驅動行為處理器輸出的驅動電壓信號(u_s)和外部輸入的負載轉矩信號(T_load)，產生所模擬永磁同步電機的定子電流響應信號(i_s)、轉速信號(機械轉速ω_mech)以及電機轉子位置信號(機械角度θ_mech和/或電角度θ_e)；

所述電壓控制環節，用于將所述驅動行為處理器產生的驅動電壓信號(u_s)，轉換成所述三相DC/AC變流器電壓控制側變流器的器件開關信號，從而在所述三相DC/AC變流器電路中模擬驅動系統的驅動電壓；

所述電壓控制環節的輸入端與所述驅動行為處理器輸出端相連，所述電壓控制環節輸入的信號經脈寬調制，生成所述電壓控制側橋臂中半導體器件的開關信號。

所述電流控制環節，用于將所述電機行為處理器生成的定子電流響應信號(i_s)，轉換成所述三相DC/AC變流器電流控制側變流器的器件開關信號，從而在所述三相DC/AC變流器電路中模擬所述永磁同步電機定子電流響應；

所述電流控制環節第一輸入端與所述電機行為處理器第一輸出端相連，所述電流控制環節的第二輸入端為所述三相DC/AC變流器中，電壓控制側變流器交流輸出端處采樣得到的電流信號，所述電流控制環節的第三輸入端為所述電機行為處理器計算得到的永磁同步電機磁鏈位置信號，經由電流控制器、坐標變換和脈寬調制，生成所述電流控制側變流器半導體器件的開關信號。

特別地，電流控制環節中的各輸入端電流信號，先經由坐標變換子模塊轉換到同一dq同步旋轉坐標系，或αβ兩相靜止坐標系，或abc三相靜止坐標系下以后，再進行控制運算。

具體地，所述三相DC/AC變流器，包括：電壓控制側變流器、電流控制側變流器、電阻抗網絡，以及直流供電模塊；其中：

所述電壓控制側變流器由全控或半控型功率半導體器件構成，所述電壓控制側變流器的正輸入端、負輸入端分別與所述直流供電模塊的第一組正極、負極相連，所述電壓控制側變流器的交流輸出端與所述電阻抗網絡的第一端相連；所述電壓控制側變流器，用于模擬所述驅動系統所產生的驅動電壓；