相电流信号，将矩阵变换器3的三个电流信号ik、iB、与三相给定电流信号1:、i:, <作双滞环比较，同时根据此时送入电压对应的相区，经驱动控制器7内部运算处理，隔离驱动保护电路737驱动矩阵变换器3的9个双向开关，矩阵变换器3输出使靠近轴向磁轴承的三极磁轴承稳定悬浮的控制电流信号，实现远离轴向磁轴承的三极磁轴承调节。
[0030]双滞环比较即在传统滞环电流控制的基础上，把电流滞环控制分为双环，以三极磁轴承的A相为例，B、C相与A相雷同，不再赘述。矩阵变换器3输出A相电流ik,内环滞环环宽为4，外环滞环环宽为4，当Y — h> 4时，三极磁轴承的A相接电压最大相，导通相应的开关；当4< i*~ h< 4时，三极磁轴承的A相所接电压状态不变；当_4< i*~iA< 4时，A相接电压中间值相；当-A2< i*— iA<-A1时，三极磁轴承的A相所接电压状态不变；当1:— iA< - 4时，三极磁轴承的A相接电压最小值相。矩阵变换器3输出电流减小的过程与此相反。
[0031]4) 靠近轴向磁轴承的三极磁轴承稳定悬浮后，再调节远离轴向磁轴承的三极磁轴承。五自由度交流磁轴承电主轴6中远离轴向磁轴承的三极磁轴承调节原理与靠近轴向磁轴承的三极磁轴承的调节原理相同，调节方法与步骤3)雷同，此处不再赘述。最终是由径向运算处理74中的隔离驱动保护电路驱动矩阵变换器4的9个双向开关使远离轴向磁轴承的三极磁轴承稳定悬浮。
[0032]电机电源驱动控制器10主要由电源模块、驱动模块、控制模块组成，五自由度交流磁轴承电主轴6的轴向磁轴承和两个三极磁轴承五个自由度调悬浮后，电机电源驱动控制器10开始通电启动，驱动控制五自由度交流磁轴承电主轴6中的异步电机，电机调速方法采用现有的异步电机变频调速方法。
【主权项】
1.一种基于矩阵变换器的交流磁轴承电主轴运行控制装置，包括三相调压器(I)、三相LC滤波器(2)以及驱动控制器(7)，三相调压器(I)的输出连接三相LC滤波器(2)，其特征是:三相LC滤波器(2)的输出分别连接驱动控制器(7)以及两个矩阵变换器(3、4)，驱动控制器(7)的输出分别连接开关功率放大器(8)和两个矩阵变换器(3、4);两个矩阵变换器(3,4)的输出均经霍尔电流传感器(5)后连接五自由度交流磁轴承电主轴(6)，霍尔电流传感器(5)的输出连接驱动控制器(7)的输入；检测五自由度交流磁轴承电主轴(6)的两个径向三极磁轴承径向位移信息的电涡流位移传感器以及检测一个轴向磁轴承轴向位移信息的电涡流位移传感器的输出端均连接驱动控制器(7)的输入端；开关功率放大器(8)接直流电源(9)并驱动轴向磁轴承；驱动控制器(7)包括输入电量检测模块(71)、信号调理电路(72)、轴向控制模块(75)以及两个结构一样的径向运算处理模块(73、74)，输入电量检测模块(71)的输入接三相LC滤波器(2)的输出，输入电量检测模块(71)的输出接信号调理电路(72)，信号调理电路(72)的输出分别连接轴向控制模块(75)以及两个径向运算处理模块(73、74)，第一径向运算处理模块(73)的输出接第一矩阵变换器(3)，第二径向运算处理模块(74)的输出接第二矩阵变换器(4)，轴向控制模块(75)的输出接开关功率放大器(8)0
2.根据权利要求1所述基于矩阵变换器的交流磁轴承电主轴运行控制装置，其特征是:径向运算处理模块(73)由两个PID控制模块(731、732)、两个2/3变换模块(733、735)以及一个力/电流变换模块(734)、一个开关状态换流逻辑模块(736)、一个隔离驱动保护电路(737)组成；两个PID控制模块(731、732)的输出均连接力/电流变换模块(734)的输入，力/电流变换模块(734)的输出依次接第一 2/3变换模块(735)、开关状态换流逻辑模块(736)以及隔离驱动保护电路(737);隔离驱动保护电路(737)的输入接第一矩阵变换器(3 );两个PID控制模块(731、732 )以及第二 2/3变换模块(733 )的输入均接信号调理电路(72)的输出；第二 2/3变换模块(733)输出信号与第一 2/3变换模块(735)的输出信号作双滞环比较。
3.根据权利要求2所述基于矩阵变换器的交流磁轴承电主轴运行控制装置，其特征是:驱动控制器(7)根据送入的三相电压数值大小以任意两相交点和相电压与零电压的交点作为分界线，把送入的三相电压分为12个相区，每一个相区都存在一个电压最大值相，一个电压中间值相和一个电压最小值相。
4.根据权利要求3所述基于矩阵变换器的交流磁轴承电主轴运行控制装置，其特征是:径向三极磁轴承的转子在x、y方向的位移信息ζ、#信号调理电路(72)送入驱动控制器(7)，言号与给定位移信号/、/作比较后分别经第一径向运算处理模块(73)中对应的两个PID控制模块(731、732)运算后输出x、y方向电磁力信号F'、Fy,电磁力信号F'、Fy再经力/电流变换(734)运算计算出X、y方向控制电流信号ix。、iy。，控制电流信号ix。、iy。再经第一 2/3变换(735)运算后得到三相给定电流信号1:、iB' 霍尔电流传感器(5)将检测的第一矩阵变换器(3)输出的两相电流经信号调理电路(72)送入驱动控制器(7)，再经第二 2/3变换模块(733)求出另一相电流信号，将第一矩阵变换器(3)的三个电流信号iA、iB、i。与三相给定电流信号1:、i；, 作双滞环比较，同时根据此时送入电压对应的相区经驱动控制器(7)处理由隔离驱动保护电路(737)驱动第一矩阵变换器(3)的9个双向开关使径向三极磁轴承稳定悬浮。
5.根据权利要求1所述基于矩阵变换器的交流磁轴承电主轴运行控制装置，其特征是:在五自由度交流磁轴承电主轴(6)的壳体上，对应于每个径向三极磁轴承外设有4个电涡流位移传感器，每2个电涡流位移传感器为一对，分别设在x、y方向以检测五自由度交流磁轴承电主轴(6)的转子径向位移信息；在五自由度交流磁轴承电主轴(6)的壳体轴向方向上设有I个电涡流位移传感器以检测五自由度交流磁轴承电主轴(6)的转子轴向位移信息。
【专利摘要】本实用新型公开一种基于矩阵变换器的交流磁轴承电主轴运行控制装置，由三相调压器接三相市电作为三相输入电源，其后接三相LC滤波器与两个矩阵变换器构成三相输入，两个矩阵变换器的输出分别驱动五自由度交流磁轴承电主轴中两个径向三极磁轴承，轴向磁轴承由直流电源接开关功率放大器驱动控制，矩阵变换器与开关功率放大器由驱动控制器控制，使电主轴的转轴实现五自由度悬浮；采用矩阵变换器对电能直接进行变换，增加了可靠性；把径向三极磁轴承的三相输入电压分为12个相区，使每个输入相在整个周期内都参与调制，改善了输入电流波形，减小了输入侧电流谐波。
【IPC分类】H02N15-00, H02P21-14
【公开号】CN204392131
【申请号】CN201420670077
【发明人】陈帅, 朱熀秋, 朱利东, 吴熙, 孙宇新, 潘伟, 刁小燕, 许波
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年11月12日