专利名称：基于三相四桥臂逆变器的双同步永磁电机控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及同步电机的控制系统，特别是高速铁路应用中基于三相四桥臂逆 变器控制双同步永磁电机的系统。
背景技术：
近年来，高速铁路(简称高铁)在我国得到了迅猛的发展，高铁机车的速度也越来 越快。但是机车的速度受到机车的重量、包括用于控制高铁转向架电机的逆变器的重量的 限制。控制高铁机车转向架的结构主要包括同步电机和控制同步电机的逆变器。基于现 阶段的高铁机车结构，如图1所示，在传统高铁牵引系统的每个驱动单元中，一般采用4个 三相三桥臂逆变器1、2、3、4驱动4个永磁电机M1、M2、M3、M4，如图所示，每个三相三桥臂逆 变器包括6个IGBT开关器件。因此每个驱动单元包括MfIGBT开关器件。这种传统的 拓扑结构采用一个逆变器控制一个电机，存在如下缺点a、开关器件数量庞大、相应的驱动 电路和传感器的数量也随之增多，造成整个系统成本巨大；b、由于存在大量开关器件，系统 体积、重量大，功率密度随之降低，并压缩了列车的实际可用空间和载重能力。因此，现有机 车的整体重量重，限制了高铁机车速度的进一步提高。因此，传统高铁牵引系统中每个电机需要独立逆变器进行控制的机制急需改进。
实用新型内容针对以上问题，本实用新型的目的是进一步减轻高铁机车的重量，利于进一步提 高高铁机车的速度，进而提高列车的实际可用空间和载重能力。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现提供一种基于三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，包括三相四桥臂逆变 器和与该逆变器并联连接的中间直流环节；其中，由中间直流环节的中性点、逆变器四桥 臂中的两个桥臂的各自桥臂中点组成三相而连接至第一永磁电机，由中间直流环节的中性 点、该逆变器四桥臂中另两个桥臂的各自桥臂中点组成三相而连接至第二永磁电机。优选的，所述中间直流环节可由2个电容器构成。另外，所述第一永磁电机和第二 永磁电机可为高速铁路机车的同一转向架的两个三相同步永磁电机。因此，利用本实用新型中提供的基于三相四桥臂逆变器的双同步永磁电机控制系 统，能够实现由同一三相四桥臂逆变器控制两个同步永磁电机，从而减少了永磁电机控制 系统中开关器件的数量、相应的驱动电路和传感器的数量，减轻高铁机车的重量，利于进一 步提高高铁机车的速度，进而提高列车的实际可用空间和载重能力。
下面根据实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明。图1是现有技术的高铁牵引系统中驱动单元的结构图，其中一个三相三桥臂逆变器控制一个同步永磁电机；图2是高速铁路牵引系统的能量转换与传递示意图；图3是根据本实用新型实施例的基于三相四桥臂逆变器的双同步永磁电机控制 系统的示意图；图4是采用本实用新型的基于三相四桥臂逆变器的双同步永磁电机控制系统的 机车驱动系统示意图。图中11 14、逆变器；Ml M4、永磁电机；21、三相四桥臂逆变器；22、中间直流环节； 31、三相四桥臂逆变器；32、中间直流环节；Cl、电容器；C2、电容器；33、第一桥臂；34、第二 桥臂；35、第三桥臂；36、第四桥臂。
具体实施方式
以下给出了本实用新型中提供的基于三相四桥臂逆变器的双同步永磁电机控制 系统的一个具体实施例。图2是高速铁路牵引系统的能量转换与传递示意图。本实用新型结合中间直流环 节与三相四桥臂逆变器，实现由同一个三相四桥臂逆变器控制高铁机车中同一转向架的两 个同步永磁电机。这样，使得高铁机车中逆变器的数量减少一半，大大减轻了高铁机车的重量。如图3所示，在本实用新型提供的基于三相四桥臂逆变器的双永磁电机控制系统 中，包括三相四桥臂逆变器31、中间直流环节32、第一永磁同步电动机Ml和第二永磁同步 电动机M2。在该控制系统中，由中间直流环节32的中性点、逆变器31的其中两个桥臂33、 34的桥臂中点组成三相而连接至第一永磁电机Ml，由中间直流环节32的中性点、该逆变器 31的其余两个桥臂35、36的桥臂中点组成三相而连接至第二永磁电机M2。这样，尽管第一 永磁电机Ml和第二永磁电机M2均采用同一中间直流环节中性点作为一相输入，但是可通 过连接至每一个永磁电机Ml或M2的两个桥臂利用常规PWM调制来实现对该永磁电机的控 制。对于每一个永磁电机Ml或M2而言，由于其使用的两个桥臂与另一永磁电机所使用桥臂 不同，所以可以通过独立的PWM调制实现彼此独立的控制。因此该三相四桥臂逆变器可输 出两组具有不同频率、幅度和/或相位的三相正弦波，独立控制不同永磁电机。由此可见， 采用本实用新型的控制结构，可以通过一个逆变器控制两个同步永磁电机(例如650kW大 容量同步永磁电机)工作在不同的状态，并依据列车运行状态的实时变化，实现两个永磁 电机独立的转速和转矩输出。优选的，在上述基于三相四桥臂逆变器的永磁电机控制系统中，所述中间直流环 节可由2个电容器构成。所述第一永磁电机和第二永磁电机可以为高速铁路机车的同一转向架的两个三 相永磁同步电机。如图4所示，为采用本实用新型的基于三相四桥臂逆变器的永磁电机控制系统的 机车驱动系统示意图。从图中所示，采用本实用新型后，单个机车驱动系统仅采用2个逆变 器，共16个IGBT开关器件，与采用M个IGBT开关的现有机车驱动系统相比大大减少，相 应的控制电路和传感器的数量也减少，从而降低了系统成本。此外，控制系统的体积小、重量轻、功率密度显著提高，使得本实用新型可作为高速铁路牵引系统的有利选择。
权利要求1.一种基于三相四桥臂逆变器的双同步永磁电机控制系统，其特征在于，包括三相四 桥臂逆变器和与该逆变器并联连接的中间直流环节；其中，由中间直流环节的中性点、逆 变器四桥臂中的两个桥臂的各自桥臂中点组成三相而连接至第一永磁电机，由中间直流环 节的中性点、该逆变器四桥臂中另两个桥臂的各自桥臂中点组成三相而连接至第二永磁电 机。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于所述中间直流环节由2个电容器构成。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于所述第一永磁电机和第二永磁 电机为高速铁路机车的同一转向架的两个三相同步永磁电机。
专利摘要本实用新型公开了一种基于三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，包括三相四桥臂逆变器和与该逆变器并联连接的中间直流环节；其中，由中间直流环节的中性点、逆变器四桥臂中的两个桥臂的各自桥臂中点组成三相而连接至第一永磁电机，由中间直流环节的中性点、该逆变器四桥臂中另两个桥臂的各自桥臂中点组成三相而连接至第二永磁电机。通过本实用新型，实现由同一三相四桥臂逆变器控制两个同步永磁电机，从而减少了永磁电机控制系统中开关器件的数量、相应的驱动电路和传感器的数量，减轻高铁机车的重量，利于进一步提高高铁机车的速度，进而提高列车的实际可用空间和载重能力。
文档编号H02P6/04GK201910757SQ20112001463
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者宋加旺, 张士光 申请人:北京鹏发欣光电力电子科技有限公司