基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动系统及方法与流程

文档序号:15642598发布日期:2018-10-12 22:13阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动系统,其特征在于:包括开绕组永磁同步电机、五桥臂变换器、控制模块及直流电源,其中,五桥臂变换器包含相互并联的6开关三相变换器和4开关单相变换器,6开关三相变换器和4开关单相变换器的直流侧均并联连接直流电源,6开关三相变换器的输出端与开绕组永磁同步电机的左端绕组ABC相连,开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′C′有如下6种连接方式:①开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组B′与左端绕组A相连;②开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组C′与左端绕组B相连;③开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组A′与左端绕组C相连;④开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组B′与左端绕组C相连;⑤开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组A′连接左端绕组B;⑥开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组C′连接左端绕组A;控制模块包括控制器及分别与之连接的电流信号采集模块、位置信号采集模块和驱动模块,电流信号采集模块用于采集开绕组永磁同步电机的电流信号,位置信号采集模块用于采集开绕组永磁同步电机的电压信号,且前述电流、电压信号均送入控制器,实现转速电流双闭环控制,由驱动模块输出PWM信号,实现对五桥臂变换器的控制。

2.如权利要求1所述的基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动系统,其特征在于:所述6开关三相变换器包含相互并联的第一至第三桥臂,4开关单相变换器包含相互并联的第四与第五桥臂,各桥臂均包含相互串联的上桥臂和下桥臂,定义上桥臂与下桥臂的连接点为该桥臂的中点,第一至第五桥臂的直流侧均并联连接直流电源,开绕组永磁同步电机的左端绕组ABC分别连接第一至第三桥臂的中点,开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′C′有如下6种连接方式:①开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组B′连接左端绕组A;②开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组C′连接左端绕组B;③开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′分别连接第四、第五桥臂的中点,而右端绕组A′连接左端绕组C;④开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组B′连接左端绕组C;⑤开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′分别连接第四、第五桥臂的中点,而右端绕组A′连接左端绕组B;⑥开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组C′连接左端绕组A。

3.如权利要求2所述的基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动系统,其特征在于:所述上桥臂和下桥臂均采用反并联二极管的IGBT开关。

4.一种基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动方法,五桥臂变换器包含相互并联的6开关三相变换器和4开关单相变换器,6开关三相变换器和4开关单相变换器的直流侧均并联连接直流电源,6开关三相变换器的输出端与开绕组永磁同步电机的左端绕组ABC相连,开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′C′有如下6种连接方式:①开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组B′与左端绕组A相连;②开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组C′与左端绕组B相连;③开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组A′与左端绕组C相连;④开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组B′与左端绕组C相连;⑤开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组A′连接左端绕组B;⑥开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′与4开关单相变换器的输出端相连,右端绕组C′连接左端绕组A;控制模块包括控制器及分别与之连接的电流信号采集模块、位置信号采集模块和驱动模块,电流信号采集模块用于采集开绕组永磁同步电机的电流信号,位置信号采集模块用于采集开绕组永磁同步电机的电压信号,且前述电流、电压信号均送入控制器,实现转速电流双闭环控制,由驱动模块输出PWM信号,实现对五桥臂变换器的控制;

所述6开关三相变换器包含相互并联的第一至第三桥臂,4开关单相变换器包含相互并联的第四与第五桥臂,各桥臂均包含相互串联的上桥臂和下桥臂,定义上桥臂与下桥臂的连接点为该桥臂的中点,第一至第五桥臂的直流侧均并联连接直流电源,开绕组永磁同步电机的左端绕组ABC分别连接第一至第三桥臂的中点,开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′C′有如下6种连接方式:①开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组B′连接左端绕组A;②开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组C′连接左端绕组B;③开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′分别连接第四、第五桥臂的中点,而右端绕组A′连接左端绕组C;④开绕组永磁同步电机的右端绕组A′C′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组B′连接左端绕组C;⑤开绕组永磁同步电机的右端绕组B′C′分别连接第四、第五桥臂的中点,而右端绕组A′连接左端绕组B;⑥开绕组永磁同步电机的右端绕组A′B′分别连接第五、第四桥臂的中点,而右端绕组C′连接左端绕组A;

所述方法包括如下内容:采集开绕组永磁同步电机的转子位置信息,获得电机转子转速反馈值,将给定转速与反馈转速作差后经过PI调节器后获得电机q轴电流给定值;采集开绕组永磁同步电机的三相绕组电流,结合转子位置信息经ABC-dq坐标变换后获得d、q轴反馈电流值,电流环给定与反馈值作差后经过PI调节器输出d、q轴电压值,通过dq-αβ变换得到α、β轴电压值,合成旋转电压矢量,经SVPWM调制后产生十路PWM信号,控制五桥臂变换器中6开关三相变换器和4开关单相变换器驱动开绕组永磁同步电机实现转速、电流双闭环控制;其特征在于:所述五桥臂变换器中各桥臂的驱动信号具有如下限制:

(1)各桥臂中的上、下桥臂的驱动信号存在严格的约束关系,上、下桥臂不能够同时开通;

(2)各桥臂驱动信号存在严格的约束关系,根据开绕组永磁同步电机右端绕组的连接方式,有如下6种情况:①第一桥臂驱动信号独立,第二桥臂驱动信号与第四桥臂驱动信号相同,第三桥臂驱动信号与第五桥臂驱动信号相同;②第二桥臂驱动信号独立,第一桥臂驱动信号与第四桥臂驱动信号相同,第三桥臂驱动信号与第五桥臂驱动信号相同;③第三桥臂驱动信号独立,第一桥臂驱动信号与第四桥臂驱动信号相同,第二桥臂驱动信号与第五桥臂驱动信号相同;④第三桥臂驱动信号独立,第一桥臂驱动信号与第四桥臂驱动信号相同,第二桥臂驱动信号与第五桥臂驱动信号相同;⑤第二桥臂驱动信号独立,第三桥臂驱动信号与第四桥臂驱动信号相同,第一桥臂驱动信号与第五桥臂驱动信号相同;⑥第一桥臂驱动信号独立,第三桥臂驱动信号与第四桥臂驱动信号相同,第二桥臂驱动信号与第五桥臂驱动信号相同。

5.如权利要求4所述的基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动方法,其特征在于:针对开绕组永磁同步电机右端绕组的第①种连接方式,所述SVPWM调制的具体过程是:

(1)定义每个桥臂的开关状态:上桥臂开、下桥臂关为1状态,上桥臂关、下桥臂开为0状态;

(2)由每个桥臂的2种开关状态,定义6开关三相变换器的8种开关组合:第一桥臂0状态、第二桥臂0状态、第三桥臂0状态为V10,第一桥臂0状态、第二桥臂0状态、第三桥臂1状态为V11,第一桥臂0状态、第二桥臂1状态、第三桥臂0状态为V12,第一桥臂0状态、第二桥臂1状态、第三桥臂1状态为V13,第一桥臂1状态、第二桥臂0状态、第三桥臂0状态为V14,第一桥臂1状态、第二桥臂0状态、第三桥臂1状态为V15,第一桥臂1状态、第二桥臂1状态、第三桥臂0状态为V16,第一桥臂1状态、第二桥臂1状态、第三桥臂1状态为V17;当第一桥臂为0状态时,定义4开关单相变换器的4种开关组合:第五桥臂0状态、第四桥臂0状态为V20,第五桥臂0状态、第四桥臂1状态为V21,第五桥臂1状态、第四桥臂0状态为V40,第五桥臂1状态、第四桥臂1状态为V50;当第一桥臂为1状态时,定义4开关单相变换器的4种开关组合:第五桥臂0状态、第四桥臂0状态为V22,第五桥臂0状态、第四桥臂1状态为V23,第五桥臂1状态、第四桥臂0状态为V46,第五桥臂1状态、第四桥臂1状态为V57;

6开关三相变换器和4开关单相变换器的所有可能的开关组合有8×4=32种,根据其在电机绕组端合成矢量长度将其划为4类:

1)V10和V20作用,V11和V21作用,V16和V26作用,V17和V27作用,该四种状态定义为双逆变器合成的零矢量;

2)V10和V21作用,V10和V24作用,V10和V25作用,V11和V20作用,V11和V25作用,V12和V20作用,V13和V20作用,V12和V21作用,V14和V26作用,V14和V27作用,V15和V27作用,V16和V22作用,V16和V27作用,V17和V22作用,V17和V23作用,V17和V26作用,该16种状态定义为双逆变器合成的小矢量;

3)V11和V24作用,V12和V21作用,V12和V24作用,V13和V25作用,V14和V22作用,V15和V23作用,V15和V26作用,V16和V23作用,该8种状态定义为双逆变器合成的中矢量;

4)V12和V25作用,V13和V24作用,V14和V23作用,V15和V22作用,该4种状态定义为双逆变器合成的大矢量;

(3)根据上述各桥臂开关组合状态和对应开绕组永磁同步电机各相绕组的合成电压矢量,绘制作用于开绕组永磁同步电机绕组的合成电压空间矢量图;

(4)依据合成电压矢量产生对三相绕组产生的零序电压为零的原则,提出不产生零序电压的电压矢量;

(5)根据确定的开绕组永磁同步电机驱动时各个扇区作用的电压矢量,并计算获得每个扇区各相邻电压矢量的作用时间,对应获得6开关三相变换器和4开关单相变换器中各桥臂的PWM信号;

(6)对6开关三相变换器和4开关单相变换器的各个桥臂设置死区时间,防止每相桥臂的直通。

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