[發明專利]一種基于模型設計的永磁同步電機變頻調速系統

在審

• 申請號: 202011124229.8
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112290848A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 余濤;賀儒飛;竇博文;汪志強;李青;陳創佳;董俊杰;彭潛;黃業達;俞家良;劉群英;李博文;朱德清
• 申請（專利權）人: 深圳蓄能發電有限公司;電子科技大學
• 主分類號: H02P25/024
• 分類號: H02P25/024;H02P27/08;H02P21/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于模型設計的永磁同步電機變頻調速系統，其特征在于包括上位機、DSP模塊、光纖收發模塊、丹佛斯變頻器、濾波模塊、保護裝置、電流電壓采集模塊、編碼器、調理電路模塊和隔離電源模塊，其中：

上位機，安裝有DSP硬件支持庫，用于基于模型設計的開發方式搭建基于磁場定向控制控制算法的控制模型，并利用自動代碼生成工具生成控制代碼，下載到DSP中；

DSP模塊根據控制代碼生成使能信號及控制信號，并通過光纖收發模塊發送到丹佛斯變頻器；同時，DSP模塊用于接收丹佛斯變頻器的工作狀態，永磁同步電機的電流、電壓和轉速、轉子角度，并根據丹佛斯變頻器的工作狀態，控制保護裝置中繼電器的開斷，從而控制電機電路的開斷；根據接收到的電流、電壓和轉速、轉子角度，實時產生變化的控制信號，控制丹佛斯變頻器橋臂的開關以產生變頻電壓；

光纖收發模塊用于DSP模塊向丹佛斯變頻器發送使能信號和控制信號，同時用于DSP模塊接收丹佛斯變頻器工作狀態；

丹佛斯變頻器基于CPLD控制電路實現，主要用于生成控制永磁同步電機啟動的變頻電壓；在使能信號的使能狀態下，丹佛斯變頻器器運行，當丹佛斯變頻器正常運行時，丹佛斯變頻器中的CPLD模塊接收控制信號，再根據控制信號生成控制其內部晶體管的開關信號，并對晶體管進行控制，進而生成控制電機啟動的變頻電壓；同時，丹佛斯變頻器將正常運行的工作狀態返回給DSP模塊，再通過DSP模塊控制繼電器接通接觸器線圈電壓，使得接觸器線圈接通電路，從而使變頻電壓輸出到電機中驅動電機運轉；若丹佛斯變頻器運行故障，則將故障信號反饋給DSP模塊，DSP模塊控制繼電器切斷接觸器線圈電壓，從而切斷丹佛斯變頻器輸出到永磁同步電機的電路，防止永磁同步電機損壞；

濾波模塊用于濾除變頻電壓的高次諧波，從而防止高次諧波引起電動機附加發熱和產生振動；

保護裝置包括繼電器、接觸器、隔離變壓器和斷路器，主要用來保護永磁同步電機，防止由變頻電壓過載、缺相、堵轉而損壞永磁同步電機；丹佛斯變頻器正常工作時，DSP模塊控制保護裝置中的繼電器接通接觸器線圈的電源，從而接通電路，使得變頻電壓通過隔離變壓器后，在斷路器的保護下輸入到永磁同步電機；若丹佛斯變頻器故障，DSP模塊控制繼電器切斷接觸器線圈的電源，從而斷開通往永磁同步電機的電路；

電流電壓采集模塊用于采集永磁同步電機的電流和電壓，并輸出到調理電路進行降壓處理；

編碼器用于采集永磁同步電機的轉速和轉子角度，再發送至調理電路模塊進行隔離傳輸和電平轉換處理；

調理電路模塊將永磁同步電機的電流和電壓信號降至DSP模塊的采樣范圍內，再發送至DSP模塊進行AD采樣；同時將編碼器輸出的A、B、Z三相脈沖信號進行隔離傳輸以及電平轉換處理以適配DSP模塊的eQEP模塊的工作電壓，再反饋給DSP模塊；

隔離電源模塊用于為調速系統的各個模塊提供多種電壓等級的隔離電源，減少各個模塊間由于電源引起的串擾。

2.根據權利要求1所述的基于模型設計的永磁同步電機變頻調速系統，其特征在于，所述的磁場定向控制控制算法包括以下步驟：

1)采集永磁同步電機的三相靜止坐標系下的兩相定子電流i_a和i_b；

2)兩相定子電流i_a和i_b經過Clarke變換后得到兩相靜止坐標系下的正交電流分量i_α和i_β；

3)正交電流分量i_α和i_β經過Park變換得到兩相旋轉坐標系下的磁通分量i_q和轉矩分量i_d；

4)經編碼器測量計算得到電機的轉速和轉子角度；

5)轉矩分量i_d和磁通分量i_q和經PI調節器得到兩相旋轉坐標系下的電壓控制量V_d、V_q；

6)電壓控制量V_d、V_q經過反Park變換得到兩相靜止坐標系下的電壓控制量V_α、V_β；

7)電壓控制量V_α、V_β經過SVPWM算法計算得到三相電壓矢量V_a、V_b、V_c，控制逆變電橋產生變頻電壓驅動電機轉動。

3.根據權利要求1所述的基于模型設計的永磁同步電機變頻調速系統，其特征在于，所述的丹佛斯變頻器包括整流器、直流母線、直流電抗器、直流電容器組、逆變器和CPLD控制電路；丹佛斯變頻器與380V三相電源相連后，經過整流器將三相交流轉換為直流電流，再經直流母線、電抗器和電容器組對直流電流進行濾波和保護處理，然后輸入到逆變器，在CPLD控制電路的控制下，逆變器將直流轉換成受控的PWM交流波形，從而為永磁同步電機提供受控的變頻電壓。