[發明專利]電壓響應型三相永磁同步電機的模擬系統

有效

• 申請號: 201711236478.4
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107807295B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 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: 31317 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 徐紅銀

1.一種電壓響應型三相永磁同步電機的模擬系統，其特征在于，包括：三相DC/AC電力電子變流器、直流供電端口、電機行為處理器、電壓控制環節；其中：

所述三相DC/AC電力電子變流器，用于模擬在電機驅動系統輸入電流的作用下，所述三相永磁同步電機的電壓響應特性，并通過三相交流功率端口與外接電機驅動系統進行電能交換；

所述電機行為處理器，用于描述所述永磁同步電機的電氣和機械行為特性；

所述電壓控制環節，用于將所述電機行為處理器生成的電壓響應信號，轉換成所述三相DC/AC電力電子變流器中的器件開關信號，以在所述DC/AC電力電子變流器的三相交流端口處模擬所述永磁同步電機的端口電壓響應；

所述電機行為處理器的第一輸入端輸入所述模擬系統的交流功率端口所檢測到的三相電流信號，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信號，所述電機行為處理器的第一輸出端輸出所述電壓控制環節的電壓參考信號，所述電機行為處理器的第二輸出端輸出所模擬的電機轉速信號，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，所述電機行為處理器，包括：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分成兩條支路，其中一條支路與所述電磁方程子模塊的第一端相連，另一條支路與所述轉矩方程子模塊的第一端相連；所述電磁方程子模塊的第二端輸入所述永磁同步電機的永磁體磁鏈幅值，所述電磁方程子模塊的第三端輸入所述永磁同步電機的電轉速信號，所述電磁方程子模塊的輸出端構成所述電機行為處理器的第一輸出端；所述轉矩方程子模塊的第二端輸入所述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端相連；所述運動方程子模塊的第二端輸入所述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永磁同步電機的機械角頻率，并構成所述電機行為處理器的第二輸出端；所述運動方程子模塊的輸出端分成兩條支路，其中一條支路經由所述永磁同步電機的極對數增益后與所述電磁方程子模塊的第三端相連，另一條支路與所述位置轉換子模塊的第一端相連；所述位置轉換子模塊的輸出端輸出所述永磁同步電機的轉子磁鏈相角和機械相角，并構成所述電機行為處理器第三輸出端；

所述坐標變換子模塊，用于將三相電流信號轉換到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坐標系中；

所述電磁方程子模塊，用于對所述永磁同步電機的電磁特性進行描述：將經坐標變換得到的所述永磁同步電機輸入定子電流信號(i_s)、所述永磁同步電機的角頻率(ω_e)、以及所述永磁同步電機的永磁體磁鏈幅值(ψ_f)，通過方程計算轉化為所述永磁同步電機的端口電壓響應(u_s)；

所述轉矩方程子模塊，用于對所述永磁同步電機的電磁轉矩特性進行描述：將經坐標變換得到的所述永磁同步電機輸入定子電流信號(i_s)、以及所述永磁同步電機的永磁體磁鏈幅值(ψ_f)，通過方程計算轉化為所述永磁同步電機等效輸出電磁轉矩(T_e)；

所述運動方程子模塊，用于對所述永磁同步電機的機械特性進行描述：將所述永磁同步電機等效輸出的電磁轉矩(T_e)、所述永磁同步電機的負載轉矩(T_load)，通過方程計算轉化為所述永磁同步電機的機械角頻率(ω_mech)；

所述位置轉換子模塊，用于求解所述永磁同步電機的轉子及磁鏈位置：將所述永磁同步電機的機械角頻率(ω_mech)，通過方程計算轉化為所述永磁同步電機的轉子磁鏈相角(θ_e)以及機械相角(θ_mech)；所述的位置轉換子模塊中可以同時采用機械角度(θ_mech)和轉子磁鏈相角(θ_e)作為輸出信號，或僅采用機械角度(θ_mech)或轉子磁鏈相角(θ_e)之一作為輸出信號；

所述電壓控制環節的第一端與所述電機行為處理器的第一輸出端相連，所述電壓控制環節的第二端輸入所述永磁同步電機的永磁體磁鏈位置信號；所述電壓控制環節的第一端輸入信號經由控制計算、坐標變換和脈寬調制之后生成所述三相DC/AC電力電子變流器中半導體器件的開關信號，所述開關信號進而用于控制三相DC/AC電力電子變流器交流輸出端的電壓。