一種高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及方法，具體地說，涉及一種基于電壓型Z源逆變器的高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有由二極管整流器和傳統(tǒng)電壓型逆變器構(gòu)成的高速電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，由于傳統(tǒng)電壓源逆變器自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，在實(shí)際應(yīng)用時存在許多局限性。首先，傳統(tǒng)電壓型逆變器為降壓型逆變器，其輸出電壓比電網(wǎng)電壓低，輸出電壓范圍非常有限，在一定程度上限制了高速電機(jī)自身的過載運(yùn)行能力和調(diào)速范圍。其次，傳統(tǒng)電壓源逆變器自身不具備升壓調(diào)控能力，在發(fā)生電網(wǎng)電壓降落故障時調(diào)速系統(tǒng)將無法正常工作，需要借助輔助電路來提升電壓源逆變器的輸入電壓，而新增的DC/DC輔助電路又將大幅增加傳統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜度，增大了控制難度，同時系統(tǒng)的體積和成本也會增加。最后，由于直流側(cè)的電容低阻特性限制，傳統(tǒng)逆變器每相橋臂的上、下開關(guān)管不可以同時導(dǎo)通。否則，電容短路，開關(guān)管將因過流而損壞。為避免直通狀態(tài)的發(fā)生，對逆變器控制必須加入死區(qū)時間，使開關(guān)管先關(guān)斷、后導(dǎo)通。在實(shí)際應(yīng)用中，電磁干擾可能會造成逆變橋開關(guān)管的誤導(dǎo)通，使得橋臂進(jìn)入直通狀態(tài)，從而造成開關(guān)管的損壞。因此，它們的可靠性和抗電磁干擾能力較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及方法，將Z源逆變器引入高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，替代傳統(tǒng)逆變器，實(shí)現(xiàn)對交流輸出電壓的靈活控制，從而提高調(diào)速系統(tǒng)的在電壓降落故障時持續(xù)正常工作的能力，并利用Z源逆變器允許上下開關(guān)管直通的特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)逆變器中因死區(qū)時間帶來的電流諧波問題，提高了調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和抗電磁干擾能力。
[0004]其技術(shù)方案如下:
[0005]一種高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，包括L濾波器、二極管整流器、Z源逆變器、高速永磁同步電動機(jī)、控制器、驅(qū)動模塊、電壓電流霍爾檢測模塊、定子電流霍爾檢測模塊、光電編碼器測角度模塊、過壓過流保護(hù)模塊，L濾波器與連接電網(wǎng)和二極管整流器，用于對并網(wǎng)電流進(jìn)行濾波，降低并網(wǎng)電流的諧波含量；Z源逆變器分別與二極管整流器和高速永磁同步電動機(jī)連接，此處所述的Z源逆變器由Z源交叉網(wǎng)絡(luò)和三相逆變橋和直流輸入側(cè)IGBT開關(guān)器件組成；此外Z源逆變器與電壓電流霍爾檢測模塊和驅(qū)動模塊相連，電壓電流霍爾檢測模塊用于檢測Z源逆變器交叉解耦電容電壓和電感電流，驅(qū)動模塊用于向Z源逆變器的三相逆變橋發(fā)送控制脈沖信號；高速永磁同步電動機(jī)模塊與光電編碼器、定子電流霍爾檢測模塊相連；光電編碼器模塊用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，定子電流霍爾檢測模塊用于將檢測電機(jī)定子三相電流；控制器模塊與定子電流霍爾檢測模塊、電壓電流霍爾檢測模塊、光電編碼器模塊、驅(qū)動模塊和過壓過流保護(hù)模塊相連，控制器采樣定子電流和Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓及電感電流，并將光電編碼器模塊采樣過來的信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化成電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將這些采樣信號用于控制器閉環(huán)控制，并通過驅(qū)動模塊，將脈沖信號處理放大，從而用于逆變器的驅(qū)動控制；在此過程中，控制器將檢測過壓過流保護(hù)模塊報送過來的故障保護(hù)信號，并對故障信號進(jìn)行響應(yīng)，從而保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行；過壓過流保護(hù)模塊與電壓電流霍爾檢測模塊、定子電流霍爾檢測模塊、驅(qū)動模塊以及控制器相連，該模塊對檢測模塊檢測到的電流電壓信號進(jìn)行處理和判斷，輸出故障信息，并將故障信息輸送給驅(qū)動模塊及控制器做出相應(yīng)的保護(hù)動作。
[0006]一種高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速方法，包括以下步驟:控制程序由程序入口啟動，對FLASH脫機(jī)模式進(jìn)行判斷，若脫機(jī)運(yùn)行，則執(zhí)行RAM清零和程序搬移，然后對系統(tǒng)1 口、夕卜設(shè)中斷、中斷向量表、FLASH、外設(shè)進(jìn)行初始化，然后從EEPROM中讀取功能設(shè)置參數(shù)，進(jìn)行AD初始化，并啟動AD，然后進(jìn)行模擬輸入，輸出電流、輸出電壓的零漂校正，并對TimerO設(shè)置和啟動，然后分別開放AD中斷，PWM中斷，CPUTimerO中斷，EQEP2中斷，然后程序?qū)⑦M(jìn)入中斷等待主循環(huán)，等待主中斷及其它中斷的到來，其中主中斷是指PWM中斷，在主中斷中將進(jìn)行實(shí)時運(yùn)行參數(shù)修改和故障和運(yùn)行標(biāo)志檢測等操作。
[0007]優(yōu)選地，進(jìn)入中斷后首先進(jìn)行過零中斷和周期中斷的切換，并對載頻在線更新，接下來對電壓電流AD采樣值進(jìn)行處理，根據(jù)指令執(zhí)行是否校訂零漂工作，然后對交流電流和電壓將進(jìn)行Clark變換，接下來執(zhí)行基于Z源逆變器高速電機(jī)矢量控制操作，并將結(jié)果進(jìn)行SVPWM調(diào)制輸出，然后對PWM作用時間進(jìn)行更新，進(jìn)行Can通信查詢和數(shù)據(jù)處理，最后進(jìn)行中斷開放處理，退出主中斷。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選，所述Z源逆變器矢量控制的步驟為:
[0009]首先判斷啟動時磁極是否已經(jīng)定向，如果未定向，貝U進(jìn)行定向操作令I(lǐng)/= 0，Iq* =0.2，D = 0.5，Θ = -90°持續(xù)作用100?300ms將磁極初始位置固定在和d軸重合的位置得到初始位置角Θ (O) = O;若已定向，則進(jìn)行角度測量、速度測量，有測量到的電容電壓和直通占空比計算出直流電壓，然后有速度和直流電壓峰值PI外環(huán)計算輸出q軸電流和電感電流給定，d軸電流給定設(shè)置為0，并由電流內(nèi)環(huán)PI輸出dq軸電壓給定V/，V/及直通占空比D，并將V/，V:電壓進(jìn)行反Park變換，連同直通占空比D送入SVPWM模塊，此外占空比D計算輸出還將送入直流電壓計算模塊，由電容電壓和直通占空比D計算出直流電壓瞬時值。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)采用二極管整流器，機(jī)側(cè)采用傳統(tǒng)電壓型逆變器的高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，去除機(jī)側(cè)母線電容，引入Z源網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)成基于電壓型Z源逆變器的高速永磁電機(jī)新型變頻調(diào)速系統(tǒng)，利用Z源逆變器由直通環(huán)節(jié)產(chǎn)生獨(dú)特的升壓/降壓特性，解決高速電機(jī)在電網(wǎng)電壓跌落時無法正常工作的問題，降低電網(wǎng)電壓跌落和負(fù)載轉(zhuǎn)矩突變對調(diào)速系統(tǒng)的影響，同時由于Z源逆變器允許逆變器上下管直通，無需死區(qū)，解決了傳統(tǒng)逆變器因電磁干擾誤導(dǎo)通而出現(xiàn)系統(tǒng)異常及死區(qū)時間導(dǎo)致電流諧波增加的問題，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能和電流質(zhì)量。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2為基于Z源逆變器的高速永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路拓?fù)鋱D；
[0014]圖3為基于Z源逆變器的高速永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路原理圖；
[0015]圖4為本發(fā)明高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)制的整體框圖；
[0016]圖5為控制系統(tǒng)硬件連接圖；
[0017]圖6為控制程序主體結(jié)構(gòu)流程圖；
[0018]圖7為主中斷控制流程圖；
[0019]圖8為Z源逆變器矢量控制的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0021]I系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成
[0022]本發(fā)明為基于電壓型Z源逆變器的高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及其控制，所述的高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)包括由L濾波器、二極管整流器、Z源逆變器、高速永磁同步電動機(jī)、控制器、驅(qū)動模塊、電壓電流霍爾檢測模塊