[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

本發明公開了一種基于模型設計的永磁同步電機變頻調速系統，通過基于模型設計的開發方式在上位機搭建永磁同步電機磁場定向控制控制算法的控制模型，并生成代碼發送至DSP模塊，DSP模塊根據控制代碼以及傳感器和采集模塊采集到的定子電流、電壓和轉速、轉子角度生成使能信號和控制信號，在使能信號的使能狀態下，使能丹佛斯變頻器運行，再根據控制信號控制下，變頻器生成控制永磁同步電機變頻調速的變頻電壓，變頻電壓經過濾波處理后，在保護裝置的保護下輸出到永磁同步電機，實現永磁同步電機的變頻調速控制。本發明采用模型設計提高控制系統的開發效率，在控制方式上通過轉速、電流雙閉環控制方式，實現永磁同步電機的變頻控制。

技術領域

本發明屬于電力系統智能控制技術領域，更為具體地講，涉及一種基于模型設計的永磁同步電機變頻調速系統。

背景技術

當前，同步電動機變頻調速系統從控制方式上可分為兩大類：一類為他控式變頻調速系統；另一類為自控式變頻調速系統。他控式變頻調速系統中所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬于速度開環控制系統，適應于多臺機組并聯運行的場合。由于這種系統沒有解決同步電動機的失步、振蕩等問題，所以在實際的調速場合很少使用。隨著電力電子技術的發展和各種高性能變頻裝置的出現，為同步電動機應用于要求大范圍調速的場合奠定了基礎。因此現階段同步電動機變頻調速系統一般采用自控式運行，通過位置傳感器檢測同步電機轉子位置，根據電機自身轉子的位置及轉速決定逆變器輸出頻率。這樣能時刻保持同步電機工作在同步狀態，從根本上解決了同步電機變頻調速失步的問題。

在自動化工業高速發展的今天，對自動化的要求既需要有動力的傳遞又要有對系統控制的整套可運行的操作控制系統。在工業自動化生產中常常需要有對電動機的控制，其中對電機具有高效率、高產量、低成本等的要求都可以通過對電機進行變頻調速來達到目的，實現工業生產上的需要。自動化生產的各個系統中對控制系統有非常高的要求，必需要選擇合適的算法設計出可靠性高的控制裝置。

電動機的變頻調速系統以及其控制系統隨著社會的發展也在不斷改進。從最早的接觸器與繼電器構成的最簡單的系統；到上個世紀30年代的電機放大機及接下來隨著變頻調速技術發展而發展的磁放大器與大功率可控水銀整流器、再后來的晶閘管和功率晶體管。直到近些年先進的微型計算機采樣控制技術的發展使變頻調速的目標成為現實并研究出脈寬調制(PWM)逆變器以及空間矢量PWM(SVPWM)技術。SVPWM技術以實現逼近定子磁鏈的圓形軌跡為目標以達到電動機的高品質控制。20世紀80年代以后，隨著微處理器的出現和發展，使得交流控制算法的實現由硬件電路發展為軟件控制實現，使得控制系統向著數字化方向發展，同時，控制電路得到極大簡化，控制系統可靠性、實用性和可維修性得到改善。DSP具有成本低、功耗低、高性能處理數據能力、強大的外部通信接口等優點得到快速應用，其具有在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法運算、采用哈弗結構，程序和數據空間分開并可以同時訪問指令和數據、快速處理中斷和硬件I/O支持等特點，因此，基于TI公司的DSP控制芯片TMS320F28335A為核心控制器進行相關控制系統的設計對于提高電機控制算法調試實現及對電機調速系統的發展具有很實際的意義。此外，在電動機的控制閉環系統中，分為有傳感器方式與無傳感器方式，由于本平臺要求得到電機轉子的精確位置，故采用有傳感器方式。