一种新型多通道并联逆变器馈电电机调速系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种新型多通道并联逆变器馈电电机调速系统，该系统由多个逆变器模块并联而成，多个逆变器子模块在直流侧直接和一个具有直流母线电容的直流电源并联，在交流侧分别串联多组平波电抗器后直接并联来驱动交流电机。该系统通过多个模块化逆变器并联实现，增大了电机调速系统的容量，同时使系统更易于模块化设计和生产。多个逆变器模块的直流侧和交流侧均直接并联在一起，直流侧共用了直流母线，交流侧并联后接交流电机，减小了整个电机调速系统的成本和体积。系统在某一个或几个逆变器模块故障的情况下仍可正常运行，增加了调速系统的容错性能，提升了可靠性。这种结构使得电机调速系统易于模块化拓展，并且增强了其容错性能。
【专利说明】一种新型多通道并联逆变器馈电电机调速系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种交流电机调速系统，广泛应用于大功率交流电机调速和电能变换，属于电力系统、电力电子、电机控制领域。
【背景技术】
[0002]目前，对交流电机调速系统的研究，主要是在变换电路的拓扑结构和电力电子控制策略上面，目标是实现系统调速性能优越、可靠性高、大功率化、高效率化以及对电网污染小。
[0003]为满足电机驱动系统容量不断增大的要求，并联三相逆变器用来提高电机调速系统容量。并联方式包括:(一)直流侧采用多个电源独立供电，交流侧经平波电抗器直接并联；(二)直流侧直接并联于一个电源，交流侧通过隔离变压器经平波电抗器并联；(三)直流侧直接并联于一个电源，交流侧经平波电抗器直接并联。前两者需要独立直流电源或隔离变压器，带来了系统体积、成本等问题，并且不易于模块化拓展。第三种即为本实用新型所涉及的结构方案，易于模块化拓展，但第三种结构如采用传统控制策略会在并联逆变器模块之间引入环流。一些新型电机变频调速系统采用多电平技术来提高调速系统的容量和改善调速性能，主要有级联H桥型、二极管钳位型、飞跨电容型和模块化多电平变换器(MMC)。这些多电平技术都在一定程度上改善了变频调速系统的谐波性能，但是这些多电平变换器都是针对将系统电压等级升高，并不涉及通过多个变换器并联来实现电机调速系统电流的增大。
【发明内容】
[0004]针对目前并联逆变器电机调速系统不易模块化拓展的缺点，本实用新型提出一种新型多通道并联逆变器馈电电机调速系统，它通过直接并联多个模块化逆变器来提高电机调速系统的容量。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种并联逆变器馈电电机调速系统，其特征是:所述系统包含多个逆变器模块，所述多个逆变器模块的直流侧和一个并联有直流母线电容的直流电源直接并联，所述多个逆变器模块的交流侧分别串联一组平波电抗器后直接并联以驱动交流电机。
[0006]逆变器模块的拓扑结构是由6个反并联二极管的IGBT构成的三相全桥电路。
[0007]本实用新型的有益效果是:
[0008]1、本实用新型并联逆变器馈电电机调速系统通过多个模块化逆变器并联实现，增大了电机调速系统的容量，同时使系统更易于模块化设计和生产。
[0009]2、多个逆变器模块的直流侧和交流侧均直接并联在一起，直流侧共用了直流母线，交流侧并联后接交流电机，减小了整个电机调速系统的成本和体积。
[0010]3、本实用新型并联逆变器馈电电机调速系统在某一个或几个逆变器模块故障的情况下仍可正常运行，增加了调速系统的容错性能，提升了可靠性。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的并联逆变器电机调速系统结构图。
[0012]图2是本实用新型的并联逆变器电机调速系统的控制框图。
[0013]图3是本实用新型的移相随机脉宽调制策略原理图。
[0014]图4是本实用新型的基于动态调节SVPWM零矢量的并联逆变器环流抑制原理图。
[0015]图中各标号定义如下:
[0016]1.1为直流电源，1.2为直流母线电容，1.3、1.4、1.5为逆变器模块，1.6、1.7、1.8为平波电抗器，1.9交流电机；2.1,4.1为减法器，2.2、4.2为PI调节器，2.3除法器，2.4、
2.5,2.7为dq轴电流控制单元，2.6,2.8为环流控制单元，2.9,2.10,2.11,4.3为SVPWM脉冲发生单元，2.12,2.13,2.14为逆变器控制模块；3.1,3.2,3.3为三角载波信号，3.4为调制波信号，3.5、3.6、3.7为开关驱动脉冲信号。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的技术方案和工作原理做进一步说明。
[0018]如图1所示，以3个逆变器模块并联为例，新型多通道并联逆变器馈电电机调速系统由逆变器模块1.3、逆变器模块1.4、逆变器模块1.5并联组成，3个逆变器模块1.3、1.4、1.5的直流侧和并联有直流母线电容1.2的直流电源1.1直接并联，交流侧分别串联平波电抗器1.6、1.7、1.8后直接并联以驱动电机负载1.9。单个逆变器模块的拓扑结构是由6个反并联二极管的IGBT构成的三相全桥电路。本实用新型正是通过这种并联多个逆变器模块的方式来增大交流侧的输出电流，从而增大电机调速系统的容量。增大的系统容量与并联逆变器模块的个数成比例。这种模块化的逆变器并联方式使得电机调速系统易于模块化拓展，在电机调速系统结构不变的情况下，只要在原基础上直接多并联若干个逆变器模块就可以增大调速系统的容量。同时这种并联结构使系统的容错性能大大增加，在某个或某几个逆变器模块发生故障时，通过切除故障模块，可减小负载功率，剩余的逆变器模块使得整个电机调速系统仍可正常运行。根据电机调速系统的要求，每个逆变器模块在对应的逆变器控制模块输出的6路PWM驱动信号的驱动下，将直流电源逆变成特定频率和幅值的三相交流电。逆变器模块的输出电流经与之串联的平波电抗器滤波后在交流侧并联处叠加，从而增大了总的输出电流，增大了电机调速系统的容量。
[0019]本实用新型的新型多通道并联逆变器馈电电机调速系统所采用的控制方式是在dqO坐标系下采用转速、电流双闭环控制实现的。
[0020]如图2所示，将电机给定转速参考值ω*与实际转速ω通过减法器2.1进行比较，并通过PI调节器2.2得到电机转矩电流参考值，再通过除法器2.3得到各个逆变器模块的q轴电流参考值i/。这种逆变器模块q轴电流参考值的获取方式也间接引入了负载均分控制。给定3组逆变器控制模块的d轴参考电流idl' id/、id3*均为0，3个dq轴电流控制单元2.4,2.5、2.7和2个环流控制单元2.6,2.8实时采集各个并联逆变器模块输出的三相电流并与参考电流相比较，控制3个逆变器模块的SVPWM脉冲发生单元2.9、2.10,2.11产生相应的PWM驱动信号，使电机调速系统达到调速和抑制环流的要求。
[0021]通过在各逆变器模块的载波信号间加入移相角θ，( Θ为2π/Ν，其中N为并联逆变器模块个数)，并采用随机数序列IV1=Aui (1-Ui)，其中Ui为第i个迭代数，ui+1为第i+Ι个迭代数，A为迭代函数增益。本具体实施例将A取4，获得一系列随机的迭代数，从而用来随机化各逆变器模块的载波信号频率。如图3，载波信号3.1、3.2、3.3和调制信号3.4相调制生成3个逆变器模块的移相随机PWM驱动脉冲3.5、3.6、3.7。这种载波移相的随机空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略等效提高了逆变系统的开关频率，改善了并联逆变器输出电流的谐波性能，平均化了窄频带内开关次谐波能量，增强了电机调速系统电磁抗干扰能力。
[0022]如图4所示，环流控制单元包括比较器4.1、PI调节器4.2，为避免各个逆变器模块开关动作不一致或参数不相同，通过环流控制单元实时采样单个逆变器模块的零序电流iz,与参考零序电流iz*=0通过比较器4.1进行比较，并通过PI调节器4.2得到零向量作用时间比例系数k。动态调节系数k即动态调节了 SVPWM脉冲发生单元中不同空间零矢量的作用时间，从而达到抑制环流的目的，以保证调速系统正常工作。本实用新型以3组逆变器并联电机调速系统为例，只要给两组逆变器控制模块2.13,2.14进行环流控制就能实现3组逆变器的环流抑制。若并联逆变器模块数为N，只要给其中任意N-1个逆变器模块进行环流控制就能实现N组逆变器的环流控制。
[0023]最后，本实用新型采用DSP+FPGA混合硬件结构作为SVPWM脉冲发生单元产生PWM驱动信号，DSP进行各种信号的采集和运算，利用FPGA管脚数量多和易配置性，输出3 X 6路PWM脉冲驱动信号。
【权利要求】
1.一种并联逆变器馈电电机调速系统，其特征是:所述系统包含多个逆变器模块，所述多个逆变器模块的直流侧和一个并联有直流母线电容的直流电源直接并联，所述多个逆变器模块的交流侧分别串联一组平波电抗器后直接并联以驱动交流电机。
2.如权利要求1所述的并联逆变器馈电电机调速系统，其特征在于逆变器模块的拓扑结构是由6个反并联二极管的IGBT构成的三相全桥电路。
【文档编号】H02P27/08GK203562987SQ201320745654
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】王政, 郑杨, 陈健, 程明 申请人:东南大学