[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

本發明提供了一種電壓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、直流供電端口、電機行為處理器、電壓控制環節；三相DC/AC電力電子變流器用于模擬輸入電流時三相永磁同步電機的端口電壓響應，并與外接電機驅動系統進行電能交換；電機行為處理器用于描述永磁同步電機的電氣和機械行為特性；電壓控制環節用于以電機行為處理器中計算所得永磁同步電機端口電壓信號為參考，控制三相DC/AC變流器的交流端輸出電壓。本發明可直接與真實的電機驅動系統相連并進行電能交換，有效模擬電機驅動系統輸入電流時三相永磁同步電機的端口電壓響應，實現了全電化電機驅動測試，節省了測試成本，提高了測試效率和安全性。

技術領域

本發明涉及電力電子和電機技術領域，具體地，涉及一種電壓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壓響應型三相永磁同步電機的模擬系統。

根據本發明提供的三相永磁同步電機模擬系統，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，并通過模擬系統的三相交流功率端口(3ph-AC)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；根據所述驅動系統輸入的驅動電流(i_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端口電壓響應信號(u_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，用于將所述電機行為處理器生成的電壓響應信號(u_s)，轉換成所述三相DC/AC變流器中的器件開關信號，以在所述三相交流功率端口(3ph-AC)處模擬所述永磁同步電機的端口電壓響應。

可選地，所述三相DC/AC變流器，包括至少一組直流端口和至少一組三相交流端口，具有全控或半控型功率半導體器件所構成的DC/AC電路拓撲結構；其中：

所述三相DC/AC變流器的直流端構成所述模擬系統的直流功率端口，并與直流供電端相連；所述三相DC/AC變流器的交流端直接構成所述模擬系統的交流功率端口(3ph-AC)，或者經由三相變壓器構成所述模擬系統的交流功率端口，所述交流功率端口與外接電機驅動系統相連。

可選地，所述三相變壓器具體用于：對所述三相DC/AC電力電子變流器的輸出電壓進行變換，或者抑制所述模擬系統中的三相交流端零序電流；