专利名称：基于间接式矩阵变换器多机传动系统的矢量控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电力电子变换器的控制方法，尤其涉及一种间接式矩阵变换器驱动多台电机的拓扑结构和矢量控制方法。
背景技术：
简单的电力拖动系统主要由一台逆变器驱动一台电机带负载调速运行，然而在纺织、造纸、采油、汽车、航天等许多工业应用领域中，大多需要多台电机同时带载运转，出于性能指标、系统冗余、经济实效等需求，往往会采用多机传动系统。所谓多机传动系统即通过一台或多台电力变换器驱动多台电机带负载调速运行。传统的多机传动系统主要存在三类拓扑结构一台PWM整流器生成中间直流母线电压带多台PWM逆变器，每台逆变器分别驱动一台电机；多台PWM整流器分别各带一台PWM逆变器驱动一台电机；利用二极管整流器生成中间直流母线电压带多台PWM逆变器，每台逆变器分别驱动一台电机。这三种结构实际上都是采用AC-DC-AC的间接电力变换器来驱动电机，由于该结构的中间直流环节大多由大容量的电解电容构成，因此不可避免地会给系统带来体积大、重量重、寿命短、成本高等一系列无法克服的弱点，从而限制了多机传动系统的应用前景。
发明内容
本发明针对背景技术中传统多机传动系统中存在的缺陷，提出一种拓扑简单、结构紧凑、易于实现且功率密度大的基于间接式矩阵变换器多机传动系统的矢量控制方法。本发明的技术解决方案如下所述的多机传动系统由三相交流电源(I)、输入LC滤波器(2)、三相桥式整流级电路(3)、箝位电路(4)、k个三相桥式逆变级电路(5)、k台异步电机(6)和两条直流母线组成，其中k为大于等于2的整数；三相桥式整流级电路(3)由6个双向开关Sap-Scn组成； 三相交流电源(I)连接于三相桥式整流级电路(3)中各桥臂的中点，三相桥式整流级电路
(3)、箝位电路(4)、k个三相桥式逆变级电路(5)依次并联于两条直流母线之间，k台三相异步电机的各相(6)分别连接于k个三相桥式逆变级电路￠)的各桥臂中点，异步电机拖动负载做电动机运行。三相桥式整流级电路和k个三相桥式逆变级电路均采用空间矢量脉宽调制方法 (SVPWM)，各逆变级电路均采用半对称式9段PWM脉宽分布方式，而整流级电路(3)的PWM 模式采用不对称式3段PWM脉宽分布方式。三相桥式逆变级电路的PWM模式成半对称分布于三相桥式整流级电路的两个非零矢量部分。三相桥式整流级电路需要2路独立的PWM输出，每个三相桥式逆变级电路需要6路独立的PWM输出。将间接矩阵变换器多机系统的空间矢量控制方法和异步电机的矢量控制结合起来，通过合理调节PI控制器的参数就可以实现多台电机的独立控制且达到较好的调速性倉泛。本发明具有如下有益效果
I)采用间接式矩阵变换器驱动多台异步电机，无需中间直流储能环节，减小了系统的体积和重量，节约了系统的成本，并提高了系统的功率密度和冗余性。2)间接式矩阵变换器整流级和逆变级电路均采用空间矢量脉宽调制，各逆变级电路均采用半对称式9段PWM脉宽分布方式，可有效保证各台电机的电流质量和调速性能。3)基于间接式矩阵变换器多机传动系统的矢量控制方法可以实现整流级电路的零电流换流，大大降低变换器的开关损耗，提高系统换流的安全性和可靠性。4)基于间接式矩阵变换器多机传动系统的矢量控制方法可以使多台电机分别达到较好的调速性能，且相互之间无干扰。
图I是本发明基于间接式矩阵变换器的多机传动系统的主电路结构框图。图2是整流级电路电流空间矢量图。图3是逆变级电路电流空间矢量图。图4是以两台异步电机为例(k = 2)时的二相桥式整流级电路和二相桥式逆变级电路的半对称式9段PWM脉宽分布示意图。图5是以两台异步电机为例(k = 2)，在输入扇区为I (Sci = I)、输出扇区分别为 KSvol = l)、2(Svo2 = 2)情况下的开关管开关状态分布示意图。图6是间接式矩阵变换器多电机矢量控制系统框图(k = 2)。
具体实施例方式I.基于间接式矩阵变换器的多机传动系统拓扑本发明基于间接式矩阵变换器的多机传动系统的主电路结构如图I所示，包括输入三相交流电源(I)、输入LC滤波器(2)、三相桥式整流级电路(3)、箝位电路(4)、k个三相桥式逆变级电路(k为大于等于2的整数)(5)、k台异步电机(6)和两条直流母线。其中 6个双向开关Sap-Scn (每个双向开关均由两个功率开关管和两个反并联二极管反向串联而成)组成的三相桥式整流级电路3、用于抑制电压尖峰的箝位电路4和k个由单相开关 (SAp-SCn)与续流二极管组成的三相桥式逆变级电路5依次连接于直流母线的两端，每个三相桥式逆变级电路驱动一台异步电机调速运行。该电路的基本工作原理是将双向开关组成的三相桥式整流级电路3工作在PWM整流模式下得到等效的中间直流电压，利用由二极管、电容和电阻组成的箝位电路4吸收因开关高频动作而产生的电压尖峰，k个三相桥式逆变级电路5在PWM逆变模式下输出三相平衡的正弦电压分别驱动k台异步电机6做调速运行，同时三相桥式整流级电路3的输入电流通过输入LC滤波器滤除由于开关动作产生的高频谐波连接至输入三相交流电源I。2.正常工况下的控制策略本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于上述电路的矢量控制方法，以得到较理想的输出电压和网侧电流，驱动负载电机稳定可靠运行。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是三相桥式整流级电路3和三相桥式逆变级电路5均采用空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)，并将这两者结合在一起，控制各逆变级电路均采用半对称式9段 PWM脉宽分布方式。异步电机采用矢量控制方法可以达到高性能调速的目的。
整流级电路的调制目的是产生三相平衡正弦的输入电流并实现输入功率因数可调，通常设定输入功率因数为1，即输入电流与输入电压(这里指输入三相交流电源电压) 同相位。因此通过实时检测电源电压可以确定参考输入电流空间位置角Qi，设定lMf是参考电流空间矢量。根据传统的SVPWM，根据91可计算出当前参考电流空间矢量的扇区代码 Sci和扇区相位角Θ，然后利用该扇区内的两个非零矢量和零矢量来合成Iref，如图2整流级电路电流空间矢量图所示，可以得到在一个PWM周期内每个矢量的作用时间，
权利要求
1.一种基于间接式矩阵变换器多机传动系统的矢量控制方法，所述多机传动系统由三相交流电源(I)、输入LC滤波器(2)、三相桥式整流级电路(3)、箝位电路(4)、k个三相桥式逆变级电路(5)、k台异步电机(6)和两条直流母线组成，其中k为大于等于2的整数; 三相桥式整流级电路(3)由6个双向开关Sap-Scn组成；三相交流电源(I)连接于三相桥式整流级电路(3)中各桥臂的中点，三相桥式整流级电路(3)、箝位电路(4)、k个三相桥式逆变级电路(5)依次并联于两条直流母线之间，k台三相异步电机的各相(6)分别连接于k 个三相桥式逆变级电路￠)的各桥臂中点，异步电机拖动负载做电动机运行；其特征在于 三相桥式整流级电路(3)和k个三相桥式逆变级电路(5)均采用空间矢量脉宽调制方法 (SVPWM)，各逆变级电路均采用半对称式9段PWM脉宽分布方式。
2.根据权利要求I所述的多机传动系统的矢量控制方法，其特征在于三相桥式整流级电路(3)的PWM模式采用不对称式3段PWM脉宽分布方式。
3.根据权利要求2所述的多机传动系统的矢量控制方法，其特征在于三相桥式逆变级电路的PWM模式成半对称分布于三相桥式整流级电路的两个非零矢量部分。
4.根据权利要求3所述的多机传动系统的矢量控制方法，其特征在于三相桥式整流级电路需要2路独立的PWM输出，每个三相桥式逆变级电路需要6路独立的PWM输出。
5.根据权利要求I所述的多机传动系统的矢量控制方法，其特征在于每台异步电机分别采用矢量控制技术，与间接式矩阵变换器的空间矢量调制方法结合起来一并实现。
全文摘要
本发明公开了一种基于间接式矩阵变换器多机传动系统的矢量控制方法，属于电力电子变换器和电气传动控制领域。本发明通过对间接式矩阵变换器逆变级电路的并联扩展，利用一台间接式矩阵变换器驱动多台异步电机调速运行。多机传动系统正常工作时整流级电路和逆变级电路均采用空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)，系统各逆变级电路均采用一种半对称式的9段PWM脉宽分布方式，从而提高输出波形质量和系统调速性能，同时保证开关器件换流的安全简便。异步电机采用矢量控制方法实现高性能调速。本发明实现了采用一台矩阵变换器驱动多台电机运行，增加了传动系统的冗余，提高了矩阵变换器驱动异步电机调速系统的功率密度。
文档编号H02P21/00GK102594242SQ201210029560
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者李正熙, 梅杨 申请人:北方工业大学