一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于永磁同步电机控制技术，涉及一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统。包括：三相交流电源、电源变换器、集成功率模块、永磁同步电机、光电码盘、弱磁控制器、电流传感器。弱磁控制系统能够在宽范围内实现调速控制，在永磁同步电机基速以下时，可以实现恒转矩运行，在永磁同步电机基速以上时，通过弱磁控制能够实现恒功率运行，使得转速范围进一步提高，在全速范围内，弱磁控制系统都具有较高的闭环控制精度。本实用新型的一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统在矢量控制算法的基础上，通过电压外环作为直轴电流给定，降低了采用公式法计算直轴电流给定时对永磁同步电机本体参数的敏感性，拓宽了调速范围。
【专利说明】
一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种永磁同步电机弱磁控制设计技术。
【背景技术】
[0002]传统永磁同步电机控制系统的调速范围窄，很难满足伺服应用场合“低速时满出力，高速时恒功率”的使用要求，同时在采用弱磁控制提高转速范围时，永磁同步电机直轴电流的给定往往采用公式法计算，在针对基速以上、基速以下均采用最大转矩电流比控制方式时，公式法也需要对应的一分为二，不仅使得程序复杂，同时公式法对电机本体的参数依赖性较大，尤其是电机负载后，电枢反应会对电机本体参数产生一定的影响，这样会进一步影响控制效果。因此，采用一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统，控制系统集成度高，采用外电压环作为直轴电流给定，即通过实时检测所需要的定子参考电压矢量的幅值并与基准进行比较，基速以上时，基准电压小于所需的定子电压幅值，经过PI调节输出的直轴电流给定为负值，将起到去磁效果，从而实现弱磁升速控制，弱磁控制系统确保了电机的宽调速范围，无论在基速以下还是在基速以上，均具有较高的转速闭环精度，在低速时能够输出大扭矩，高速时实现恒功率，同时具有良好的瞬态响应。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是:提出一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于:所述弱磁控制系统包括三相交流电源1、电源变换器2、集成功率模块3、永磁同步电机
4、光电码盘5、弱磁控制器6、电流传感器7;
[0005]所述三相交流电源I提供三相115V、400Hz交流电，其输出功率可达20KW，是整个系统的能量入口 ；电源变换器2与三相交流电源I连接，先将三相交流电进行全桥可控整流，得到270V直流电源为集成功率模块3提供母线电压，该整流变换部分具有功率因数校正功能，能够有效降低热量损失与电流谐波因数，电源变换器2同时将270V直流电源再经过DC-DC变换，得到的24V电源、5V电源、±15V电源分别为光电码盘5、弱磁控制器6、电流传感器7供电；
[0006]所述集成功率模块3与永磁同步电机4连接，实现270V直流电源的全桥逆变，并促使永磁同步电机4旋转;永磁同步电机4吸收电能并将其转换为机械能输出；光电码盘5的转子与永磁同步电机4的转子共轴连接，永磁同步电机4旋转时，光电码盘5的定子上放置的感光元件会因为光电码盘5的转子旋转时的遮光、感光输出一系列脉冲串；
[0007]所述弱磁控制器6与光电码盘5、电流传感器7连接，接收光电码盘5输出的信号进行解算得到永磁同步电机4的转子位置，同时接收电流传感器7反馈的永磁同步电机4绕组的相电流，进行带有弱磁控制的矢量控制算法，并输出七路P丽脉冲，发送给集成功率模块3，其中六路PWM控制集成功率模块3全桥电路功率管的开关，另一路控制集成功率模块3制动功率管的开关；电流传感器7与集成功率模块3连接，利用霍尔磁隔离感应原理，完成永磁同步电机4绕组的相电流采集。
[0008]本实用新型的优点是:弱磁控制系统能够在宽范围内实现调速控制，在永磁同步电机基速以下时，可以实现恒转矩运行，在永磁同步电机基速以上时，通过弱磁控制能够实现恒功率运行，使得转速范围进一步提高，其调速比达3:1，在全速范围内，弱磁控制系统都具有较高的闭环控制精度，采用电压外环作为直轴电流给定，降低了采用公式法计算直轴电流给定时对永磁同步电机本体参数的敏感性，获得了良好的瞬态性能。
【附图说明】
[0009]图1是一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统示意图，
【具体实施方式】
[0010]下面结合说明书附图对本实用新型做详细说明，参见图1，其是本实用新型一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统示意图。所述一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统其特征在于包括:三相交流电源1、电源变换器2、集成功率模块3、永磁同步电机4、光电码盘5、弱磁控制器6、电流传感器7。
[0011]所述三相交流电源I提供三相115V、400Hz交流电，其输出功率可达20KW，是整个系统的能量入口 ；电源变换器2与三相交流电源I连接，先将三相交流电进行全桥可控整流，得到270V直流电源为集成功率模块3提供母线电压，该整流变换部分具有功率因数校正功能，能够有效降低热量损失与电流谐波因数，电源变换器2同时将270V直流电源再经过DC-DC变换，得到的24V电源、5V电源、±15V电源分别为光电码盘5、弱磁控制器6、电流传感器7供电；集成功率模块3与永磁同步电机4连接，实现270V直流电源的全桥逆变，并促使永磁同步电机4旋转;永磁同步电机4吸收电能并将其转换为机械能输出；光电码盘5的转子与永磁同步电机4的转子共轴连接，永磁同步电机4旋转时，光电码盘5的定子上放置的感光元件会因为光电码盘5的转子旋转时的遮光、感光输出一系列脉冲串；弱磁控制器6与光电码盘5、电流传感器7连接，接收光电码盘5输出的信号进行解算得到永磁同步电机4的转子位置，同时接收电流传感器7反馈的永磁同步电机4绕组的相电流，进行带有弱磁控制的矢量控制算法，并输出七路PWM脉冲，发送给集成功率模块3，其中六路PWM控制集成功率模块3全桥电路功率管的开关，另一路控制集成功率模块3制动功率管的开关;电流传感器7与集成功率模块3连接，利用霍尔磁隔离感应原理，完成永磁同步电机4绕组的相电流采集。
[0012]实施例
[0013]三相交流电源I提供三相115V、400Hz交流电，其输出功率可达20KW，是整个系统的能量入口；电源变换器2与三相交流电源I连接，先将三相交流电进行全桥可控整流，得到270V直流电源为集成功率模块3提供母线电压，该整流变换部分具有功率因数校正功能，能够有效降低热量损失与电流谐波因数，电源变换器2同时将270V直流电源再经过DC-DC变换，得到的24V电源、5V电源、±15V电源分别为光电码盘5、弱磁控制器6、电流传感器7供电；集成功率模块3与永磁同步电机4连接，实现270V直流电源的全桥逆变，并促使永磁同步电机4旋转;永磁同步电机4吸收电能并将其转换为机械能输出；光电码盘5的转子与永磁同步电机4的转子共轴连接，永磁同步电机4旋转时，光电码盘5的定子上放置的感光元件会因为光电码盘5的转子旋转时的遮光、感光输出一系列脉冲串；弱磁控制器6与光电码盘5、电流传感器7连接，接收光电码盘5输出的信号进行解算得到永磁同步电机4的转子位置，同时接收电流传感器7反馈的永磁同步电机4绕组的相电流，进行带有弱磁控制的矢量控制算法，并输出七路PWM脉冲，发送给集成功率模块3，其中六路PWM控制集成功率模块3全桥电路功率管的开关，另一路控制集成功率模块3制动功率管的开关;电流传感器7与集成功率模块3连接，利用霍尔磁隔离感应原理，完成永磁同步电机4绕组的相电流采集。
[0014]本实用新型一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统，其工作原理是:三相交流电源I提供三相115V、400Hz交流电，其输出功率可达20KW，是整个系统的能量入口；电源变换器2与三相交流电源I连接，先将三相交流电进行全桥可控整流，得到270V直流电源为集成功率模块3提供母线电压，该整流变换部分具有功率因数校正功能，能够有效降低热量损失与电流谐波因数，电源变换器2同时将270V直流电源再经过DC-DC变换，得到的24V电源、5V电源、土 15V电源分别为光电码盘5、弱磁控制器6、电流传感器7供电；集成功率模块3与永磁同步电机4连接，实现270V直流电源的全桥逆变，并促使永磁同步电机4旋转;永磁同步电机4吸收电能并将其转换为机械能输出；光电码盘5的转子与永磁同步电机4的转子共轴连接，永磁同步电机4旋转时，光电码盘5的定子上放置的感光元件会因为光电码盘5的转子旋转时的遮光、感光输出一系列脉冲串；弱磁控制器6与光电码盘5、电流传感器7连接，接收光电码盘5输出的信号进行解算得到永磁同步电机4的转子位置，同时接收电流传感器7反馈的永磁同步电机4绕组的相电流，进行带有弱磁控制的矢量控制算法，并输出七路PWM脉冲，发送给集成功率模块3，其中六路PWM控制集成功率模块3全桥电路功率管的开关，另一路控制集成功率模块3制动功率管的开关;电流传感器7与集成功率模块3连接，利用霍尔磁隔离感应原理，完成永磁同步电机4绕组的相电流采集。
[0015]本实用新型一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统能够在宽范围内实现调速控制，在永磁同步电机基速以下时，可以实现恒转矩运行，在永磁同步电机基速以上时，通过弱磁控制能够实现恒功率运行，使得转速范围进一步提高，其调速比达3:1，在全速范围内，弱磁控制系统都具有较高的闭环控制精度，采用电压外环作为直轴电流给定，降低了采用公式法计算直轴电流给定时对永磁同步电机本体参数的敏感性，获得了良好的瞬态性會K。
【主权项】
1.一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于:所述弱磁控制系统包括三相交流电源(I)、电源变换器(2)、集成功率模块(3)、永磁同步电机(4)、光电码盘(5)、弱磁控制器(6)、电流传感器(7);其中，三相交流电源(I)提供三相115V、400Hz交流电，其输出功率可达20KW，是整个系统的能量入口 ；电源变换器(2)与三相交流电源(I)连接，先将三相交流电进行全桥可控整流，得到270V直流电源为集成功率模块(3)提供母线电压，该整流变换部分具有功率因数校正功能，能够有效降低热量损失与电流谐波因数，电源变换器(2)同时将270V直流电源再经过DC-DC变换，得到的24V电源、5V电源、± 15V电源分别为光电码盘(5)、弱磁控制器(6)、电流传感器(7)供电。2.如权利要求1所述宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于:集成功率模块(3)与永磁同步电机(4)连接，实现270V直流电源的全桥逆变，并促使永磁同步电机(4)旋转;永磁同步电机(4)吸收电能并将其转换为机械能输出；光电码盘(5)的转子与永磁同步电机(4)的转子共轴连接，永磁同步电机(4)旋转时，光电码盘(5)的定子上放置的感光元件会因为光电码盘(5)的转子旋转时的遮光、感光输出一系列脉冲串。3.如权利要求1所述宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于:弱磁控制器(6)与光电码盘(5)、电流传感器(7)连接，接收光电码盘(5)输出的信号进行解算得到永磁同步电机(4)的转子位置，同时接收电流传感器(7)反馈的永磁同步电机(4)绕组的相电流，进行带有弱磁控制的矢量控制算法，并输出七路PWM脉冲，发送给集成功率模块(3)，其中六路PWM控制集成功率模块(3)全桥电路功率管的开关，另一路控制集成功率模块(3)制动功率管的开关;电流传感器(7)与集成功率模块(3)连接，利用霍尔磁隔离感应原理，完成永磁同步电机(4)绕组的相电流采集。
【文档编号】H02P21/00GK205490279SQ201520998708
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月4日
【发明人】赵小鹏, 周育茹, 刘瑾, 酒晨霄, 牛艳艳, 孟凡军, 郭伟, 陈卫东, 赵东东, 潘军
【申请人】中国航空工业第六八研究所, 中国航空工业第六一八研究所