电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及电机驱动领域，特别涉及一种电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，包括定子侧变频器主电路、转子侧励磁装置主电路以及一体化控制系统；所述定子侧变频器主电路包含两组输出，其中第一组共三路输出与六相电励磁电机的第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子相连，第二组共三路输出与第二定子Y接绕组的A2、B2、C2端子相连；所述转子侧励磁装置主电路的输出与六相电励磁电机的转子励磁绕组f1、f2端子相连。电励磁六相电机的定子绕组和转子励磁绕组采用一体化驱动装置，并进行统一控制，能够实现机端电压控制和定子电流控制的完全解耦，提高控制性能。
【专利说明】
电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电机驱动领域，特别涉及一种电励磁六相电机的一体化驱动与控制装 置。
【背景技术】
[0002] 在一些对驱动功率要求大、可靠性要求高、体积要求严格的应用场合，多相电机得 到了广泛的应用。多相电机中，目前又以双Y绕组移相30度的六相电机应用最多。这种六相 电机根据转子励磁的不同又分为永磁式和电励磁式。受成本和功率的约束，电励磁六相电 机尤其适合特大功率的驱动场合。
[0003] 如图1所示，本专利中提到的电励磁六相电机即指这种双Y绕组移相30度的电机。 电机包含两套独立的Y接定子绕组和1套转子励磁绕组。第一套Y接定子绕组端子为A1，B1， (：1，中性点为附。第二套￥接定子绕组端子为42,82,02，中性点为呢。附与吧电气隔离。两套￥ 接定子绕组之间在电气空间上相位相差30度。转子励磁绕组端子为Π和f2。与传统的大型 三相同步电励磁电机类似，除了上述基本绕组外，电机转子还可能包含1至2套辅助的阻尼 绕组，图中未画出。
[0004] 传统的驱动方式下，两套定子Y接绕组采用两套独立的三相变频器驱动，并由变频 器发出励磁指令，由独立的励磁装置控制励磁绕组工作。这种方式的优点是，两套三相变频 器可以采用驱动传统三相电机的常规三相变频器，励磁装置也可以采用常规的励磁调节 器，系统集成时对硬件改动要求小，相对容易。然而，这一集成方式下的三套绕组的驱动与 控制彼此独立，并没有充分考虑三套绕组之间存在相互作用。事实上，两套定子绕组以及励 磁绕组两两之间都有不可忽略的电磁耦合，因此，传统的简单集成的方式的控制性能往往 不够理想，具体表现为定子变频器驱动和励磁控制相互影响，参数整定困难，动态响应有耦 合，系统容易出现不稳定等。
【发明内容】
[0005] 为克服上述问题，本发明给出一种电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置。该 一体化驱动与控制装置统一驱动定子双Y绕组以及转子励磁绕组，通过融合电励磁六相电 机的定、转子绕组的反馈信息，统一控制电励磁六相电机的三套绕组，实现整体控制性能的 优化。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0007] 六相电励磁电机第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子、第二定子Y接绕组的A2、B2、C2 端子、以及转子励磁绕组Π、f 2端子与本专利发明的电励磁六相电机一体化驱动与控制装 置相连。
[0008] 电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:包括定子侧变频器主电 路、转子侧励磁装置主电路以及一体化控制系统;所述定子侧变频器主电路包含两组输出， 其中第一组共三路输出与六相电励磁电机的第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子相连，第二 组共三路输出与第二定子Y接绕组的A2、B2、C2端子相连;所述转子侧励磁装置主电路的输 出与六相电励磁电机的转子励磁绕组Π、f 2端子相连。
[0009] 所述一体化控制系统包括定子侧变频器控制系统和转子侧励磁装置控制系统，所 述定子侧变频器控制系统从定子侧变频器主电路中采集的关键反馈信号包括:定子侧变频 器主电路的两组输出的电流iA1，iBi，iC1与iA2，iB2，iC2、电机转子电角度0 r;所述定子侧变频 器控制系统发送给定子侧变频器主电路的关键指令信号包括：第一组输出的控制信号 PWM1，以及第二组输出的控制信号PWM2。
[0010] 所述转子侧励磁装置控制系统从转子侧励磁装置主电路中采集的关键反馈信号 包括:定子机端电压幅值Usm与转子励磁电流i f/ ;所述转子侧励磁装置控制系统发送给转 子侧励磁装置主电路的关键指令信号包括:转子侧励磁装置主电路的控制信号VTs。
[0011] 所述定子侧变频器控制系统发给转子侧励磁装置控制系统的关键指令信号包括： 定子机端电压幅值给定值Usm_rrf、定子电流直轴分量id、交轴分量iq，电机转子电角速度W r; 所述转子侧励磁装置控制系统发给定子侧变频器控制系统的关键反馈信号包括:转子励磁 电流if/。
[0012] 所述定子侧变频器主电路包括整流单元、直流母线单元以及逆变单元;所述整流 单元与电网相连，所述逆变单元形成两组输出，分别与电励磁六相电机的两套定子绕组相 连;整流单元与逆变单元之间通过直流母线单元相连。
[0013] 所述转子侧励磁装置主电路包括晶闸管三相桥以及直流母线电感;所述晶闸管三 相桥的交流侧与电网相连;所述晶闸管三相桥的直流侧正与直流母线电感相连;所述直流 母线电感的另一端为输出Π ，所述晶闸管三相桥的直流侧负为输出f2;fl、f2最终与电励磁 六相电机的转子励磁绕组相连。
[0014] 所述转子侧励磁控制系统包括励磁电流给定值计算单元、晶闸管导通角计算单元 以及脉冲形成单元。
[0015] 所述励磁电流给定值计算单元输入量包括定子机端电压幅值给定值Usm_rrf与定子 机端电压幅值U sm的偏差(Usm_ref-Usm);励磁电流给定值计算单元的输出量包括励磁电流给 定值ifcUre/ ;励磁电流给定值计算单元通常为比例-积分控制器。
[0016] 所述晶闸管导通角计算单元的输入为励磁电流给定值ifcUref7与励磁电流反馈值 if/的偏差-if/)，其输出即为晶闸管导通角给定值Ctrrf;晶闸管导通角计算单元通 常为比例-积分控制器。
[0017] 所述脉冲形成单元输入包括晶闸管导通角给定值are3f，输出为晶闸管的脉冲群 VTs;脉冲群VTs用于触发转子侧励磁装置主电路的晶闸管;励磁电流反馈值if/同时也要作 为转子侧励磁控制系统的输出，以供一体化驱动与控制装置的定子变频器控制系统使用。
[0018] 所述定子侧变频器的控制系统包括定子d轴电流给定计算单元、定子q周电流给定 计算单元、定子电流3s/2r变换单元、定子电流综合单元、电流环控制单元、定子电压给定分 解单元以及调制波生成单元；
[0019] 所述定子d轴电流给定计算单元的输入包括:定子电流幅值给定Ismrrf，转子励磁绕 组电流if/，输出包括定子d轴电流给定id_rrf，并按照如下公式根据输入计算输出：
[0020]
[0021] 其中，转子励磁绕组电流if/来自本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁装 置控制系统输出。可以看出，在本专利的一体化控制下，定子电流参考给定的计算中引入了 转子励磁绕组电流if/的信息，使得定子电流给定值能够直接计算，省去了传统定子电流控 制中的给定值反馈调节环，提高了控制性能。
[0022] 所述定子d轴电流给定计算单元的输入包括:定子电流幅值给定Ismrrf，定子d轴电 流给定id_：rrf;定子d轴电流给定计算单元的输出包括定子q轴电流给定iq_ rrf，并按照如下公 式根据输入计算输出：
[0023]
[0024] 所述定子电流3s/2r变换单元的输入包括:定子侧变频器主电路的两组输出的电 流iAi，iBi，ici与iA2，iB2，ic2、电机转子电角度0 r;定子电流3s/2r变换单元的输出包括:定子 两套绕组在转子旋转坐标系下的电流11(14 1(1与12(142(1，并按照如下公式根据输入计算输出：
[0025]
[0026]
[0027] 所述定子电流综合单元的输入包括：定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电流 ild, ilq与i2d, i2q;定子电流综合单元的输出包括:定子电流直轴分量id与交轴分量iq，并按 照如下公式根据输入计算输出：
[0028] id = 0.5(iid+i2d)
[0029] iq = 0.5(ilq+i2q)
[0030] 所述电流环控制单元的输入包括：定子d轴电流给定i d_ref，定子q轴电流给定 iq_rrf，定子电流直轴分量id与交轴分量iq;电流环控制单元的输出包括:定子d轴电压给定 UcUrrf，定子q轴电压给定Uq_rrf。电流环控制单元的具体实施可以有多种方式，包括传统的矢 量控制方式、传统的滞环控制方式等等。
[0031] 所述定子电压给定分解单元的输入包括:定子d轴电压给定UcUrrf，定子q轴电压给 定uq_rrf;定子电压给定分解单元的输出包括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电压给 TEUld ref , Ulq ref-^3U2d_ref , U2q_ref j itS ： Uld ref - U2d-ref - Ud-ref , Ulq_ref - U2q_ref - Uq_ref 〇
[0032] 所述调制波生成单元的输入包括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电压给定 Uld_:rrf，Ulq_re3f与U2d_:rrf，U2q_:rrf与电机转子电角度θι·;调制波生成单元的输出包括:送给定子 侧变频器主电路的第一组输出的控制信号PWM1，以及第二组输出的控制信号PWM2。第一组 输出的控制信号Ρ丽1由电压给定uid_ ref，ulq_ref与电机转子电角度0r生成;第二组输出的控 制信号PWM2由电压给定U 2d_rrf，U2q_rrf与电机转子电角度0r生成。
[0033] 定子电流直轴分量id、交轴分量iq也要作为定子侧变频器的控制系统的输出，以供 一体化驱动与控制装置的转子侧励磁控制系统使用。
[0034] 本发明的优点在于：
[0035] 1、电励磁六相电机的定子绕组和转子励磁绕组采用一体化驱动装置，并进行统一 控制，能够实现机端电压控制和定子电流控制的完全解親，提尚控制性能。
[0036] 2、电励磁六相电机的双定子绕组采用一体化驱动装置，能够充分考虑定子绕组之 间的相互耦合，保证双绕组定子电流的稳态和动态控制精度，达到动态过程的电流和功率 平衡。
[0037] 3、采用一体化驱动与控制装置，通过融合反馈信息，能够实现定子绕组变频控制 与励磁绕组控制系统的解耦，便于参数整定，利于系统稳定。
【附图说明】
[0038] 图1是本专利针对的电励磁六相电机的绕组组成示意图。
[0039] 图2是本专利发明的电励磁六相电机一体化驱动与控制装置组成图。
[0040] 图3是本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器主电路组成图。
[0041] 图4是本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器主电路的一种实施例方案。
[0042] 图5是本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器主电路的一种实施例方案。
[0043] 图6是本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁装置主电路实施例组成图。
[0044] 图7是本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁控制系统实施例组成。
[0045] 图8是本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器的控制系统实施例组成。
[0046] 图中标号含义如下：
[0047] 附图中：六相电励磁电机1，电励磁六相电机一体化驱动与控制装置2,定子侧变频 器主电路21，转子侧励磁装置主电路22,一体化控制系统23,定子侧变频器控制系统231，转 子侧励磁装置控制系统232，整流单元212，直流母线单元213，逆变单元214，整流单元2124， 直流母线单元2134,逆变单元2144,整流单元2125,直流母线单元2135,逆变单元2145,转子 侧励磁装置主电路由晶闸管三相桥223,直流母线电感222,电网221，侧励磁装置的调节器 由励磁电流给定值计算单元31，晶闸管导通角计算单元32,脉冲形成单元33组成，定子侧变 频器的控制系统由定子d轴电流给定计算单元41，定子q周电流给定计算单元42，定子电流 3s/2r变换单元43，定子电流综合单元44，电流环控制单元45，定子电压给定分解单元46，调 制波生成单元47。
【具体实施方式】
[0048] 实施例1
[0049] 六相电励磁电机第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子、第二定子Y接绕组的A2、B2、C2 端子、以及转子励磁绕组Π、f 2端子与本专利发明的电励磁六相电机一体化驱动与控制装 置2相连。
[0050] 电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:包括定子侧变频器主电 路21、转子侧励磁装置主电路22以及一体化控制系统23;所述定子侧变频器主电路21包含 两组输出，其中第一组共三路输出与六相电励磁电机1的第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子 相连，第二组共三路输出与第二定子Y接绕组的A2、B2、C2端子相连;所述转子侧励磁装置主 电路22的输出与六相电励磁电机1的转子励磁绕组fl、f2端子相连。
[0051]电励磁六相电机的定子绕组和转子励磁绕组采用一体化驱动装置，并进行统一控 制，能够实现机端电压控制和定子电流控制的完全解親，提尚控制性能；电励磁八相电机的 双定子绕组采用一体化驱动装置，能够充分考虑定子绕组之间的相互耦合，保证双绕组定 子电流的稳态和动态控制精度，达到动态过程的电流和功率平衡;采用一体化驱动与控制 装置，通过融合反馈信息，能够实现定子绕组变频控制与励磁绕组控制系统的解耦，便于参 数整定，利于系统稳定。
[0052] 实施例2
[0053] 六相电励磁电机第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子、第二定子Y接绕组的A2、B2、C2 端子、以及转子励磁绕组Π、f 2端子与本专利发明的电励磁六相电机一体化驱动与控制装 置2相连。
[0054]电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:包括定子侧变频器主电 路21、转子侧励磁装置主电路22以及一体化控制系统23;所述定子侧变频器主电路21包含 两组输出，其中第一组共三路输出与六相电励磁电机1的第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子 相连，第二组共三路输出与第二定子Y接绕组的A2、B2、C2端子相连;所述转子侧励磁装置主 电路22的输出与六相电励磁电机1的转子励磁绕组fl、f2端子相连。
[0055] 所述一体化控制系统23包括定子侧变频器控制系统231和转子侧励磁装置控制系 统232,所述定子侧变频器控制系统231从定子侧变频器主电路21中采集的关键反馈信号包 括:定子侧变频器主电路21的两组输出的电流iAi，iBi，iC1与iA2，iB2，ic2、电机转子电角度θι·; 所述定子侧变频器控制系统231发送给定子侧变频器主电路21的关键指令信号包括:第一 组输出的控制信号PWM1，以及第二组输出的控制信号PWM2。
[0056] 所述转子侧励磁装置控制系统232从转子侧励磁装置主电路22中采集的关键反馈 信号包括:定子机端电压幅值Usm与转子励磁电流if/ ;所述转子侧励磁装置控制系统232发 送给转子侧励磁装置主电路22的关键指令信号包括:转子侧励磁装置主电路22的控制信号 VTs〇
[0057] 所述定子侧变频器控制系统231发给转子侧励磁装置控制系统232的关键指令信 号包括:定子机端电压幅值给定值Usm_rrf、定子电流直轴分量id、交轴分量iq，电机转子电角 速度所述转子侧励磁装置控制系统232发给定子侧变频器控制系统231的关键反馈信 号包括:转子励磁电流if/。
[0058] 所述定子侧变频器主电路21包括整流单元212、直流母线单元213以及逆变单元 214;所述整流单元212与电网211相连，所述逆变单元214形成两组输出，分别与电励磁六相 电机1的两套定子绕组相连;整流单元212与逆变单元214之间通过直流母线单元213相连。
[0059] 所述转子侧励磁装置主电路22包括晶闸管三相桥223以及直流母线电感222;所述 晶闸管三相桥223的交流侧与电网221相连;所述晶闸管三相桥223的直流侧正与直流母线 电感222相连;所述直流母线电感222的另一端为输出Π，所述晶闸管三相桥223的直流侧负 为输出f2;fl、f2最终与电励磁六相电机的转子励磁绕组相连。
[0060] 所述232转子侧励磁控制系统包括励磁电流给定值计算单元31、晶闸管导通角计 算单元32以及脉冲形成单元33。
[0061 ]所述励磁电流给定值计算单元31输入量包括定子机端电压幅值给定值Usm_rrf与定 子机端电压幅值usm的偏差(Usm_rrf-Usm);励磁电流给定值计算单元31的输出量包括励磁电 流给定值ifd_:ref';励磁电流给定值计算单元31通常为比例-积分控制器。
[0062] 所述晶闸管导通角计算单元32的输入为励磁电流给定值与励磁电流反馈 值if/的偏差（ifd+rV-if/)，其输出即为晶闸管导通角给定值Ctrrf;晶闸管导通角计算单元 32通常为比例-积分控制器。
[0063] 所述脉冲形成单元33输入包括晶闸管导通角给定值aref，输出为晶闸管的脉冲群 VTs;脉冲群VTs用于触发转子侧励磁装置主电路的晶闸管;励磁电流反馈值if/同时也要作 为转子侧励磁控制系统的输出，以供一体化驱动与控制装置的定子变频器控制系统使用。 [00 64]所述定子侧变频器的控制系统231包括定子d轴电流给定计算单元41、定子q周电 流给定计算单元42、定子电流3s/2r变换单元43、定子电流综合单元44、电流环控制单元45、 定子电压给定分解单元46以及调制波生成单元47;
[0065]所述定子d轴电流给定计算单元41的输入包括:定子电流幅值给定Ismref，转子励磁 绕组电流if/，输出包括定子d轴电流给定id ref，并按照如下公式根据输入计算输出：
[0066]
[0067]其中，转子励磁绕组电流if/来自本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁装 置控制系统输出。可以看出，在本专利的一体化控制下，定子电流参考给定的计算中引入了 转子励磁绕组电流if/的信息，使得定子电流给定值能够直接计算，省去了传统定子电流控 制中的给定值反馈调节环，提高了控制性能。
[0068]所述定子d轴电流给定计算单元41的输入包括:定子电流幅值给定Ismref，定子d轴 电流给定id_：rrf;定子d轴电流给定计算单元41的输出包括定子q轴电流给定iq_rrf，并按照如 下公式根据输入计算输出：
[0069]
[0070]所述定子电流3s/2r变换单元43的输入包括:定子侧变频器主电路21的两组输出 的电流iAi，iBi，ici与iA2，iB2，ic2、电机转子电角度0r;定子电流3s/2r变换单元43的输出包 括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电流1 1(141(1与12(142(1，并
[0071] 按照如下公式根据输入计算输出：
[0072]
[0073]
[0074] 所述定子电流综合单元44的输入包括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电流 ild, ilq与i2d, i2q;定子电流综合单元44的输出包括:定子电流直轴分量id与交轴分量iq，并 按照如下公式根据输入计算输出：
[0075] id = 0.5(iid+i2d)
[0076] iq = 0.5(ilq+i2q)
[0077]所述电流环控制单元45的输入包括：定子d轴电流给定id+ref，定子q轴电流给定 iq_rrf，定子电流直轴分量id与交轴分量iq;电流环控制单元45的输出包括:定子d轴电压给 定UcUref，定子q轴电压给定Uq_ ref。电流环控制单元45的具体实施可以有多种方式，包括传统 的矢量控制方式、传统的滞环控制方式等等。
[0078]所述定子电压给定分解单元46的输入包括:定子d轴电压给定UcUref，定子q轴电压 给定uq_ref ;定子电压给定分解单元46的输出包括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电 压给疋Uld_ref，Ulq_ref 与U2d_ref，U2q_ref，并技照如下公式根据入计算出：Uld_ref - U2d_ref 一 Ud_ref ,Ulq_ref _ U2q_ref _ Uq_ref 〇
[0079] 所述调制波生成单元47的输入包括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电压给 定UlcLrrf，Ulq_rrf与U2d_:rrf，U2 q_rrf与电机转子电角度θι·;调制波生成单元47的输出包括:送给 定子侧变频器主电路21的第一组输出的控制信号PWM1，以及第二组输出的控制信号PWM2。 第一组输出的控制信号Ρ丽1由电压给定Uld+ref，Ulq_ ref与电机转子电角度0r生成;第二组输 出的控制信号PWM2由电压给定U2d_ rrf，U2q_rrf与电机转子电角度0r生成。
[0080] 定子电流直轴分量id、交轴分量iq也要作为定子侧变频器的控制系统的输出，以供 一体化驱动与控制装置的转子侧励磁控制系统使用。
[0081] 电励磁六相电机的定子绕组和转子励磁绕组采用一体化驱动装置，并进行统一控 制，能够实现机端电压控制和定子电流控制的完全解親，提尚控制性能。电励磁八相电机的 双定子绕组采用一体化驱动装置，能够充分考虑定子绕组之间的相互耦合，保证双绕组定 子电流的稳态和动态控制精度，达到动态过程的电流和功率平衡。采用一体化驱动与控制 装置，通过融合反馈信息，能够实现定子绕组变频控制与励磁绕组控制系统的解耦，便于参 数整定，利于系统稳定。
[0082] 实施例3
[0083]如图2所示，六相电励磁电机1的第一定子Y接绕组的A1、B1、C1端子、第二定子Y接 绕组的A2、B2、C2端子、以及转子励磁绕组fl、f2端子与本专利发明的电励磁六相电机一体 化驱动与控制装置2相连。本专利发明的电励磁六相电机一体化驱动与控制装置2由定子侧 变频器主电路21、转子侧励磁装置主电路22、以及一体化控制系统23组成。定子侧变频器主 电路21包含两组输出，其中第一组共三路输出与六相电励磁电机1的第一定子Y接绕组的 A1、B1、C1端子相连，第二组共三路输出与第二定子Y接绕组的A2、B2、C2端子相连。转子侧励 磁装置主电路22的输出与六相电励磁电机1的转子励磁绕组fl、f2端子相连。
[0084] 一体化控制系统23由定子侧变频器控制系统231和转子侧励磁装置控制系统232 组成。定子侧变频器控制系统231从定子侧变频器主电路21中采集的关键反馈信号包括但 不限于:定子侧变频器主电路21的两组输出的电流iAi，iBi，ici与iA2，iB2，iC2、电机转子电角 度9r。定子侧变频器控制系统231发送给定子侧变频器主电路21的关键指令信号包括但不 限于:第一组输出的控制信号PWM1，以及第二组输出的控制信号PWM2。在具体的实施例中， PWM1和PWM2通常各包含若干路脉宽调制信号用以触发定子侧变频器主电路21中的IGBT开 关。
[0085]转子侧励磁装置控制系统232从转子侧励磁装置主电路22中采集的关键反馈信号 包括但不限于:定子机端电压幅值Usm与转子励磁电流if/。转子侧励磁装置控制系统232发 送给转子侧励磁装置主电路22的关键指令信号包括但不限于:转子侧励磁装置主电路22的 控制信号VTs。在具体的实施例中，VTs通常包含若干路触发脉冲用以触发转子侧励磁装置 主电路22中的晶闸管开关。
[0086]定子侧变频器控制系统231发给转子侧励磁装置控制系统232的关键指令信号包 括但不限于:定子机端电压幅值给定值Usm_rrf、定子电流直轴分量id、交轴分量iq，电机转子 电角速度《 1。转子侧励磁装置控制系统232发给定子侧变频器控制系统231的关键反馈信 号包括但不限于:转子励磁电流if/。可以看出，在一体化控制系统中，定子侧变频器控制系 统和转子侧励磁装置控制系统之间有了信号的联系，使得更多的反馈信息进入对方控制系 统，这将使得二者协调更加容易，控制性能更加优良。
[0087] 如图3所示，本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器主电路由整流单元 212、直流母线单元213以及逆变单元214组成。整流单元212与电网211相连，逆变单元214形 成两组输出，分别与电励磁六相电机的两套定子绕组相连。整流单元与逆变单元之间通过 直流母线单元213相连。在具体实施例中，整流单元212可以是一个或多个二极管整流桥，也 可以是一个或多个IGBT整流桥。直流母线单元213可以是一个或多个母线电容。逆变单元 214可以是六桥臂IGBT逆变桥，也可以是级联Η桥形式的IGBT逆变桥。
[0088] 如图4所示，本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器主电路的一个实施例， 通常适用于交流6kV电压等级以下的电网。该实施例由整流单元2124、直流母线单元2134以 及逆变单元2144组成，它们分别对应于前述整流单元212、直流母线单元213以及逆变单元 214的实施例。整流单元2124可以是三相IGBT整流桥也可以为三相二极管整流桥。直流母线 单元2134为电容。逆变单元2144为六桥臂IGBT逆变桥。整流单元2124与电网211相连，逆变 单元2144形成A1、B1、C1及A2、B2、C2两组输出，分别与电励磁六相电机的两套定子绕组相 连。整流单元2124的直流侧、逆变单元2144的直流侧与直流母线单元2134并联。
[0089] 如图5所示，本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器主电路的另一个实施 例，通常适用于交流6kV及以上电压等级的电网。该实施例由整流单元2125、直流母线单元 2135以及逆变单元2145组成，它们分别对应于前述整流单元212、直流母线单元213以及逆 变单元214的实施例。整流单元2125由多绕组隔离变压器及若干独立的二极管整流Η桥组 成。直流母线单元2135由二极管整流Η桥的直流母线电容组成。逆变单元2145由两组3相级 联Η桥组成。整流单元2125的多绕组隔壁变压器的原边与电网211相连，逆变单元2145形成 两组输出A1、B1、C1以及4232、02，分别与电励磁六相电机的两套定子绕组相连。
[0090] 如图6所示，本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁装置主电路的一个实施 例。转子侧励磁装置主电路由晶闸管三相桥223以及直流母线电感222组成。晶闸管三相桥 223的交流侧与电网221相连。晶闸管三相桥223的直流侧正与直流母线电感222相连。直流 母线电感222的另一端为输出Π，晶闸管三相桥223的直流侧负为输出€24142最终与电励 磁六相电机的转子励磁绕组相连。
[0091] 如图7所示，本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁控制系统实施例组成。侧 励磁装置的调节器由励磁电流给定值计算单元31、晶闸管导通角计算单元32以及脉冲形成 单元33组成。励磁电流给定值计算单元31输入量包括但不限于定子机端电压幅值给定值 U sm_rrf与定子机端电压幅值Usm的偏差(Usm_rrf-Usm)。励磁电流给定值计算单元31的输出量包 括但不限于励磁电流给定值ifcUre/。励磁电流给定值计算单元31通常为比例-积分控制器。 晶闸管导通角计算单元32的输入为励磁电流给定值与励磁电流反馈值if/的偏差 (if^/-if/)，其输出即为晶闸管导通角给定值Ctrrf。晶闸管导通角计算单元32通常为比 例-积分控制器。脉冲形成单元33输入包括但不限于晶闸管导通角给定值aref，输出为晶闸 管的脉冲群VTs。脉冲群VTs用于触发转子侧励磁装置主电路的晶闸管。励磁电流反馈值i f/ 同时也要作为转子侧励磁控制系统的输出，以供一体化驱动与控制装置的定子变频器控制 系统使用。
[0092] 如图8所示，本专利一体化驱动与控制装置的定子侧变频器的控制系统实施例组 成。定子侧变频器的控制系统由定子d轴电流给定计算单元41、定子q周电流给定计算单元 42、定子电流3s/2r变换单元43、定子电流综合单元44、电流环控制单元45、定子电压给定分 解单元46以及调制波生成单元47组成。
[0093] 定子d轴电流给定计算单元41的输入包括但不限于:定子电流幅值给定Ismrrf，转子 励磁绕组电流if/，输出包括但不限于定子d轴电流给定id_rrf，并按照如下公式根据输入计 算输出：
[0094]
[0095] 其中，转子励磁绕组电流if/来自本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁装 置控制系统输出。可以看出，在本专利的一体化控制下，定子电流参考给定的计算中引入了 转子励磁绕组电流if/的信息，使得定子电流给定值能够直接计算，省去了传统定子电流控 制中的给定值反馈调节环，提高了控制性能。
[0096] 定子d轴电流给定计算单元41的输入包括但不限于:定子电流幅值给定Ismrrf，定子 d轴电流给定icUrrf。定子d轴电流给定计算单元41的输出包括但不限于定子q轴电流给定 并按照如下公式根据输入计算输出：
[0097]定子电流3s/2r变换单元43的输入包括但不限于：定子侧变频器主电路21的两组 输出的电流iAl，iBl，ici与丨42 4[32，：^2、电机转子电角度91^定子电流38/21'变换单元43的输出 包括但不限于:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电流i ld，11(1与i2d，i2q，并按照如下公式 根据输入计算输出：
[0098]
[0099]
[0100]定子电流综合单元44的输入包括但不限于:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的 电流iid，iiq与i2d，i2q。定子电流综合单元44的输出包括但不限于:定子电流直轴分量id与交 轴分量iq，并按照如下公式根据输入计算输出：
[0101] id = 0.5(iid+i2d)
[0102] iq = 0.5(ilq+i2q)
[0103]电流环控制单元45的输入包括但不限于:定子d轴电流给定id_ref，定子q轴电流给 定iq_rrf，定子电流直轴分量id与交轴分量iq。电流环控制单元45的输出包括但不限于:定子 d轴电压给定Ud_rrf，定子q轴电压给定Uq_ref。电流环控制单元45的具体实施可以有多种方 式，包括传统的矢量控制方式、传统的滞环控制方式等等。
[0104]定子电压给定分解单元46的输入包括但不限于:定子d轴电压给定UcUref，定子q轴 电压给定uq_ref。定子电压给定分解单元46的输出包括但不限于:定子两套绕组在转子旋转 坐标系下的电压给定UlcLrrf，Ulq_ re3f与l^cLrrf，并按照如下公式根据输入计算输出： Uld_ref _ U2d_ref _ Ud_ref ,Ulq_ref _ U2q_ref _ Uq_ref 〇
[0105] 调制波生成单元47的输入包括但不限于:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电 压给定Uld_:rrf，Ulq_rrf与U2d_:rrf，U2 q_:ref与电机转子电角度θι·。调制波生成单元47的输出包括但 不限于:送给定子侧变频器主电路21的第一组输出的控制信号PWM1，以及第二组输出的控 制信号PWM2。第一组输出的控制信号PWM1由电压给定u ld_rrf，mq_rrf与电机转子电角度θ# 成;第二组输出的控制信号PWM2由电压给定u 2d_ref，u2q_ref与电机转子电角度0r生成。具体调 制波的生成实施方式取决于定子侧变频器主电路21的实施方式，可以是传统的三相SPWM方 式、SVPWM方式，也可以是传统的多重载波移相方式等。
[0106] 定子电流直轴分量id、交轴分量iq也要作为定子侧变频器的控制系统的输出，以供 一体化驱动与控制装置的转子侧励磁控制系统使用。
【主权项】
1. 电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:包括定子侧变频器主电路 (21)、转子侧励磁装置主电路（22)以及一体化控制系统（23);所述定子侧变频器主电路 (21)包含两组输出，其中第一组共三路输出与六相电励磁电机（1)的第一定子Y接绕组的 A1、B1、C1端子相连，第二组共三路输出与第二定子Y接绕组的A2、B2、C2端子相连;所述转子 侧励磁装置主电路(22)的输出与六相电励磁电机(1)的转子励磁绕组fl、f2端子相连。2. 根据权利要求1所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:所述 一体化控制系统(23)包括定子侧变频器控制系统(231)和转子侧励磁装置控制系统(232)， 所述定子侧变频器控制系统（231)从定子侧变频器主电路(21)中采集的关键反馈信号包 括:定子侧变频器主电路(21)的两组输出的电流iAi，iBi，ici与iA2，iB2，ic2、电机转子电角度 所述定子侧变频器控制系统（231)发送给定子侧变频器主电路(21)的关键指令信号包 括:第一组输出的控制信号PWMl，以及第二组输出的控制信号PWM2。3. 根据权利要求2所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:所述 转子侧励磁装置控制系统（232)从转子侧励磁装置主电路(22)中采集的关键反馈信号包 括:定子机端电压幅值U sm与转子励磁电流if/ ;所述转子侧励磁装置控制系统(232)发送给 转子侧励磁装置主电路(22)的关键指令信号包括:转子侧励磁装置主电路(22)的控制信号 VTs04. 根据权利要求2所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:所述 定子侧变频器控制系统(231)发给转子侧励磁装置控制系统(232)的关键指令信号包括:定 子机端电压幅值给定值U sm_rrf、定子电流直轴分量id、交轴分量iq，电机转子电角速度ω r ;所 述转子侧励磁装置控制系统(232)发给定子侧变频器控制系统(231)的关键反馈信号包括： 转子励磁电流if/。5. 根据权利要求1所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:所述 定子侧变频器主电路(21)包括整流单元(212)、直流母线单元(213)以及逆变单元(214);所 述整流单元(212)与电网（211)相连，所述逆变单元（214)形成两组输出，分别与电励磁六 相电机（1)的两套定子绕组相连;整流单元(212)与逆变单元(214)之间通过直流母线单元 (213)相连。6. 根据权利要求1所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:所述 转子侧励磁装置主电路(22)包括晶闸管三相桥(223)以及直流母线电感(222);所述晶闸管 三相桥(223)的交流侧与电网（221)相连;所述晶闸管三相桥(223)的直流侧正与直流母线 电感(222)相连;所述直流母线电感(222)的另一端为输出Π ，所述晶闸管三相桥(223)的直 流侧负为输出f2;fl、f2最终与电励磁六相电机的转子励磁绕组相连。7. 根据权利要求2、3或4所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在 于:所述(232)转子侧励磁控制系统包括励磁电流给定值计算单元(31)、晶闸管导通角计算 单元(32)以及脉冲形成单元(33); 所述励磁电流给定值计算单元(31)输入量包括定子机端电压幅值给定值Usm_rrf与定子 机端电压幅值Usm的偏差(usm_re3f-usm);励磁电流给定值计算单元(31)的输出量包括励磁电 流给定值ifcUre/ ;励磁电流给定值计算单元(31 )为比例-积分控制器； 所述晶闸管导通角计算单元(32)的输入为励磁电流给定值与励磁电流反馈值 if/的偏差（im/-if/)，其输出即为晶闸管导通角给定值cw;晶闸管导通角计算单元 (32)为比例-积分控制器； 所述脉冲形成单元（33)输入包括晶闸管导通角给定值are3f，输出为晶闸管的脉冲群 VTs;脉冲群VTs用于触发转子侧励磁装置主电路的晶闸管;励磁电流反馈值if/同时也要作 为转子侧励磁控制系统的输出，以供一体化驱动与控制装置的定子变频器控制系统使用。8. 根据权利要求2或4所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于： 所述定子侧变频器的控制系统(231)包括定子d轴电流给定计算单元(41)、定子q周电流给 定计算单元(42)、定子电流3s/2r变换单元(43)、定子电流综合单元(44)、电流环控制单元 (45)、定子电压给定分解单元(46)以及调制波生成单元(47); 所述定子d轴电流给定计算单元(41 )的输入包括:定子电流幅值给定Ismrrf，转子励磁绕 组电流if/ 4合,屮壬空￥批由由補昭T/Λ#*目坦給r 其中，转子励磁绕组电流if/来自本专利一体化驱动与控制装置的转子侧励磁装置控 制系统输出； 所述定子d轴电流给定计算单元(41)的输入包括:定子电流幅值给定Ismrrf，定子d轴电 流给定icUrrf;定子d轴电流给定计算单元(41)的输出包括定子q轴电流给定iq_rrf，并按照如 下公式根据输入计算输出：9. 根据权利要求8所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:所述 定子电流3s/2r变换单元(43)的输入包括:定子侧变频器主电路(21)的两组输出的电流iA1， 土[314(；1与142 4[32 4。2、电机转子电角度91^定子电流38/21'变换单元(43)的输出包括:定子两 套绕组在转子旋桂座由??Ηυ昭命λ.计算输出： 所述定子电流综合单元(44)的输入包括：定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电流 ild, ilq与i2d，i2q;定子电流综合单元(44)的输出包括:定子电流直轴分量id与交轴分量iq， 并按照如下公式根据输入计算输出： id = 〇.5(iid+i2d) iq = 0.5(ilq+i2q) 所述电流环控制单元(45)的输入包括:定子d轴电流给定icUref，定子q轴电流给定iq_rrf， 定子电流直轴分量id与交轴分量iq;电流环控制单元(45)的输出包括：定子d轴电压给定 Ud-ref，定子q轴电压给定Uq-ref 〇10. 根据权利要求8所述的电励磁六相电机的一体化驱动与控制装置，其特征在于:所 述定子电压给定分解单元（46)的输入包括：定子d轴电压给定UcLmf，定子q轴电压给定 uq_rrf;定子电压给定分解单元(46)的输出包括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电压 给疋Uld_ref，Ulq_ref 与U2d_ref，U2q_ref，并技照如下公式根据入计算出：Uld_ref - U2d_ref 一 Ud_ref ,Ulq_ref _ U2q_ref _ Uq_ref ； 所述调制波生成单元(47)的输入包括:定子两套绕组在转子旋转坐标系下的电压给定 Uld_rrf，Ulq_rrf与U2d_ref，U2q_ref与电机转子电角度θι·;调制波生成单兀(47 )的输出包括:送给 定子侧变频器主电路（21)的第一组输出的控制信号P WM1，以及第二组输出的控制信号 PWM2;第一组输出的控制信号PffMl由电压给定uld_rrf，ulq_ rrf与电机转子电角度0r生成;第二 组输出的控制信号PWM2由电压给定U2d_:ref，U2q_:ref与电机转子电角度9 r生成； 定子电流直轴分量id、交轴分量iq作为定子侧变频器的控制系统的输出，以供一体化驱 动与控制装置的转子侧励磁控制系统使用。
【文档编号】H02P21/22GK105897103SQ201610365555
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】周宏林, 刘静波
【申请人】中国东方电气集团有限公司