開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3h橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)采用雙逆變器的調(diào)制算法復(fù)雜的問(wèn)題。本發(fā)明方案：整流器輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容、A、B和C相H橋逆變器相；開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)的每相繞組并聯(lián)在A、B或C相H橋逆變器的兩個(gè)交流輸出端之間；V/F控制器接收轉(zhuǎn)速指令nr，V/F控制器輸出三相對(duì)稱正弦調(diào)制波uar,ubr,ucr給雙極性SPWM調(diào)制，雙極性SPWM調(diào)制將其與三角載波信號(hào)比較后產(chǎn)生6路開(kāi)關(guān)信號(hào)，再經(jīng)隔離與驅(qū)動(dòng)單元輸出12路驅(qū)動(dòng)信號(hào)給A、B和C相H橋逆變器。
【專利說(shuō)明】開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)拖動(dòng)、電力機(jī)車牽引等領(lǐng)域。傳統(tǒng)感應(yīng)電 機(jī)的繞組為星形連接，采用兩電平逆變器供電，直流電壓利用率較低。為提高逆變器輸出電 壓，出現(xiàn)了二極管鉗位型、飛跨電容型、級(jí)聯(lián)型等多電平逆變器拓?fù)洌@些多電平逆變器存 在所用器件多、結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜、電容電壓需要均衡控制等問(wèn)題，限制了其應(yīng)用。為解決上 述問(wèn)題，可將電機(jī)繞組中性點(diǎn)拆分開(kāi)，形成三相獨(dú)立的開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)，由3個(gè)Η橋單 相逆變器為三相繞組供電，形成3Η橋逆變器驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹２捎?Η橋供電的開(kāi)放式繞組感應(yīng) 電機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)⒅绷髂妇€電壓提高一倍；另外，由于三相繞組獨(dú)立進(jìn)行控制，當(dāng)其中一相出 現(xiàn)故障后系統(tǒng)仍可采取措施容錯(cuò)運(yùn)行，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
[0003] 三相開(kāi)放式繞組電機(jī)驅(qū)動(dòng)拓?fù)洌ǔ１豢醋鲀蓚€(gè)三相兩電平逆變器的級(jí)聯(lián)，將兩 個(gè)逆變器的開(kāi)關(guān)管統(tǒng)一考慮，從雙逆變器的角度去實(shí)現(xiàn)SVPWM調(diào)制，調(diào)制算法較為復(fù)雜。另 夕卜，雙逆變器輸出的空間電壓矢量中大部分伴隨零序電壓，零序電壓如不加以控制會(huì)導(dǎo)致 嚴(yán)重的零序電流，增加系統(tǒng)損壞，占用逆變器容量，甚至使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)采用雙逆變器的調(diào)制算法復(fù)雜 的問(wèn)題，提供了一種開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3Η橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器。
[0005] 本發(fā)明所述開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3Η橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器，它包括整流器、直 流濾波電容、3Η橋逆變器、V/F控制器、雙極性SPWM調(diào)制和隔離與驅(qū)動(dòng)單元；3Η橋逆變器由 Α相Η橋逆變器、Β相Η橋逆變器和C相Η橋逆變器構(gòu)成；
[0006] 整流器輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容、Α相Η橋逆變器、Β相Η橋逆變 器和C相Η橋逆變器；
[0007] 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)的Α相繞組并聯(lián)在Α相Η橋逆變器的兩個(gè)交流輸出端之間；
[0008] 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)的Β相繞組并聯(lián)在Β相Η橋逆變器的兩個(gè)交流輸出端之間；
[0009] 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)的C相繞組并聯(lián)在C相Η橋逆變器的兩個(gè)交流輸出端之間； [0010] V/F控制器接收轉(zhuǎn)速指令n,，V/F控制器輸出三相對(duì)稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。,給雙 極性SPWM調(diào)制，雙極性SPWM調(diào)制將輸入的三相對(duì)稱正弦調(diào)制波u a,，ub,，u。，與三角載波信 號(hào)比較后產(chǎn)生6路開(kāi)關(guān)信號(hào)，再經(jīng)隔離與驅(qū)動(dòng)單元輸出12路驅(qū)動(dòng)信號(hào)給A相Η橋逆變器、 Β相Η橋逆變器和C相Η橋逆變器。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：將傳統(tǒng)三相星接繞組感應(yīng)電機(jī)的中性點(diǎn)拆分開(kāi)，形成三相繞組可 以獨(dú)立控制的開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)，并采用三個(gè)共直流母線的Η橋單相逆變器為三相繞組 供電，對(duì)每個(gè)Η橋進(jìn)行獨(dú)立的雙極性SPWM控制，三相調(diào)制波為相位互差120°的正弦波，使 得系統(tǒng)零序電壓僅含有高頻分量，從而達(dá)到簡(jiǎn)化逆變器調(diào)制策略、抑制系統(tǒng)零序電流的目 的。
[0012] 本發(fā)明簡(jiǎn)化了開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)所用逆變器的調(diào)制策略，抑制系統(tǒng)零序電流， 提商系統(tǒng)運(yùn)行性能。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)主電路拓?fù)鋱D；圖2為本發(fā)明的開(kāi) 放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖；圖3為本發(fā)明的A相雙極性SPWM調(diào)制波形；圖4為 本發(fā)明的A相Η橋逆變器開(kāi)關(guān)信號(hào)連接圖；圖5為本發(fā)明的電機(jī)三相繞組電壓和電流仿真 波形。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0014] 一：下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述開(kāi)放式繞 組感應(yīng)電機(jī)3Η橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器，它包括整流器1、直流濾波電容2、3Η橋逆變器、 V/F控制器7、雙極性SPWM調(diào)制8和隔離與驅(qū)動(dòng)單元9 ;3Η橋逆變器由Α相Η橋逆變器3、Β 相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5構(gòu)成；
[0015] 整流器1輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容2、Α相Η橋逆變器3、Β相Η橋 逆變器4和C相Η橋逆變器5 ;
[0016] 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)6的Α相繞組并聯(lián)在Α相Η橋逆變器3的兩個(gè)交流輸出端之 間；
[0017] 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)6的Β相繞組并聯(lián)在Β相Η橋逆變器4的兩個(gè)交流輸出端之 間；
[0018] 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)6的C相繞組并聯(lián)在C相Η橋逆變器5的兩個(gè)交流輸出端之 間；
[0019] V/F控制器7接收轉(zhuǎn)速指令n,，V/F控制器7輸出三相對(duì)稱正弦調(diào)制波ua,，ub,， 給雙極性SPWM調(diào)制8,雙極性SPWM調(diào)制8將輸入的三相對(duì)稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。,與三角 載波信號(hào)比較后產(chǎn)生6路開(kāi)關(guān)信號(hào)，再經(jīng)隔離與驅(qū)動(dòng)單元9輸出12路驅(qū)動(dòng)信號(hào)給A相Η橋 逆變器3、Β相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5。
[0020] 參見(jiàn)圖1，整流器1將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并經(jīng)過(guò)直流濾波電容2變?yōu)榉€(wěn) 定的直流電壓；直流母線上并聯(lián)Α相Η橋逆變器3、Β相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5 構(gòu)成3Η橋逆變器。
[0021] 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)6的三相繞組中性點(diǎn)被拆分開(kāi)，三相繞組分別由3個(gè)Η橋單 相逆變器供電。與星接繞組相比電機(jī)繞組電壓可以提高一倍。
[0022] Α相Η橋逆變器3、Β相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5的結(jié)構(gòu)相同，均由四只 自帶反并聯(lián)體二極管的功率管構(gòu)成。
[0023] 所述功率管可以采用IGBT管、M0SFET管等。
[0024] 每個(gè)Η橋逆變器中對(duì)角線上的兩個(gè)功率管開(kāi)關(guān)信號(hào)相同，同一橋臂上下兩個(gè)功率 管的開(kāi)關(guān)信號(hào)互補(bǔ)。
[0025] 三相對(duì)稱正弦調(diào)制波um，ufc，的相位差依次為120°。
[0026]
【具體實(shí)施方式】二：下面結(jié)合圖3至圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一 作進(jìn)一步說(shuō)明，雙極性SPWM調(diào)制8對(duì)3H橋逆變器的控制由DSP數(shù)字實(shí)現(xiàn)，控制流程為：
[0027] V/F控制器7根據(jù)速度指令計(jì)算出電機(jī)所需電壓的幅值和頻率，進(jìn)而分別產(chǎn)生 三相對(duì)稱正弦調(diào)制波ua,，u b,，u。，；DSP的定時(shí)器T1用于產(chǎn)生固定幅值和頻率的三角載波；三 相正弦調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生6路PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0028] 圖3為本發(fā)明的a相雙極性SPWM調(diào)制波形。通過(guò)在DSP中正弦調(diào)制波ua,與定時(shí) 器T1產(chǎn)生三角波u t的比較，得到兩路互補(bǔ)PWM信號(hào)PWM1和PWM2。對(duì)于b相和c相，同樣 的方法分別得到互補(bǔ)信號(hào)PWM3和PWM4、PWM5和PWM6。
[0029] 圖4為a相Η橋逆變器的PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)連接圖。對(duì)于a相Η橋逆變器，PWM1經(jīng)過(guò) 驅(qū)動(dòng)單元控制Τ11和Τ22, PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元控制Τ12和Τ21 ;對(duì)于b相Η橋逆變器，PWM3 經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元控制Τ13和Τ24, PWM4經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元控制Τ14和Τ23 ;對(duì)于c相Η橋逆變器， PWM5經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元控制Τ15和Τ26, PWM6經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元控制Τ16和Τ25。這樣，每個(gè)Η橋逆 變器對(duì)角線上的功率管開(kāi)關(guān)信號(hào)相同，同橋臂上下管的開(kāi)關(guān)信號(hào)互補(bǔ)。
[0030] 圖5為采用本發(fā)明控制方法的開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)三相電壓低通濾波仿真波形 和三相電流仿真波形，三相電壓和電流正弦對(duì)稱，零序電壓和零序電流得到了抑制。
[0031]
【具體實(shí)施方式】三：本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，V/F控制器7根據(jù)速度 指令~計(jì)算出電機(jī)所需電壓的幅值和頻率，進(jìn)而分別產(chǎn)生三相對(duì)稱正弦調(diào)制波u m， 的過(guò)程為：
[0032] 首先，根據(jù)速度指令和電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率sN計(jì)算出同步轉(zhuǎn)速ns :
[0033]
【權(quán)利要求】
1. 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，它包括整流器（1)、直流濾波電容 (2)、3H橋逆變器、V/F控制器（7)、雙極性SPWM調(diào)制（8)和隔離與驅(qū)動(dòng)單元（9) ;3H橋逆變 器由A相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器（4)和C相H橋逆變器（5)構(gòu)成； 整流器（1)輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容（2)、A相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器⑷和C相H橋逆變器（5); 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)（6)的A相繞組并聯(lián)在A相H橋逆變器（3)的兩個(gè)交流輸出端之 間； 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)（6)的B相繞組并聯(lián)在B相H橋逆變器（4)的兩個(gè)交流輸出端之 間； 開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)（6)的C相繞組并聯(lián)在C相H橋逆變器（5)的兩個(gè)交流輸出端之 間； V/F控制器（7)接收轉(zhuǎn)速指令n,，V/F控制器（7)輸出三相對(duì)稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。， 給雙極性SPWM調(diào)制（8)，雙極性SPWM調(diào)制（8)將輸入的三相對(duì)稱正弦調(diào)制波um，ufc，與 三角載波信號(hào)比較后產(chǎn)生6路開(kāi)關(guān)信號(hào)，再經(jīng)隔離與驅(qū)動(dòng)單元（9)輸出12路驅(qū)動(dòng)信號(hào)給A 相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器⑷和C相H橋逆變器（5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在 于，A相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器（4)和C相H橋逆變器（5)的結(jié)構(gòu)相同，均由四只 自帶反并聯(lián)體二極管的功率管構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在 于，每個(gè)H橋逆變器中對(duì)角線上的兩個(gè)功率管開(kāi)關(guān)信號(hào)相同，同一橋臂上下兩個(gè)功率管的 開(kāi)關(guān)信號(hào)互補(bǔ)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在 于，三相對(duì)稱正弦調(diào)制波1^，ufc，Ura的相位差依次為120°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在 于，雙極性SPWM調(diào)制（8)對(duì)3H橋逆變器的控制由DSP數(shù)字實(shí)現(xiàn)，控制流程為： V/F控制器（7)根據(jù)速度指令計(jì)算出電機(jī)所需電壓的幅值和頻率，進(jìn)而分別產(chǎn)生三 相對(duì)稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。，；DSP的定時(shí)器Tl用于產(chǎn)生固定幅值和頻率的三角載波；三相 正弦調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生6路PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述開(kāi)放式繞組感應(yīng)電機(jī)3H橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在 于，V/F控制器（7)根據(jù)速度指令計(jì)算出電機(jī)所需電壓的幅值和頻率，進(jìn)而分別產(chǎn)生三相 對(duì)稱正弦調(diào)制波um，ufc，Ura的過(guò)程為： 首先，根據(jù)速度指令nr和電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率sN計(jì)算出同步轉(zhuǎn)速ns : 1 -sA 其次，將同步轉(zhuǎn)速ns轉(zhuǎn)換為電機(jī)定子電流頻率: X，式中，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)； 然后，根據(jù)感應(yīng)電機(jī)電壓和頻率的約束關(guān)系，計(jì)算在頻率下電機(jī)相電壓幅值Um: ，這里N1為定子每相繞組總匝數(shù)，kwl為繞組系數(shù)，ΦΝ為額定磁通； 最后，根據(jù)電壓幅值Um和頻率，產(chǎn)生三相對(duì)稱正弦調(diào)制波：
，這里Ud。為直流母線電壓，Utm為三角載波信號(hào)Ut的 幅值。
【文檔編號(hào)】H02P27/08GK104270062SQ201410567014
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】安群濤, 孫立志, 孫力, 鄒存芝, 趙克 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)