一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于永磁同步電機控制技術(shù)，涉及一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)。包括：三相交流電源、電源變換器、集成功率模塊、永磁同步電機、光電碼盤、弱磁控制器、電流傳感器。弱磁控制系統(tǒng)能夠在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)速控制，在永磁同步電機基速以下時，可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運行，在永磁同步電機基速以上時，通過弱磁控制能夠?qū)崿F(xiàn)恒功率運行，使得轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)一步提高，在全速范圍內(nèi)，弱磁控制系統(tǒng)都具有較高的閉環(huán)控制精度。本實用新型的一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)在矢量控制算法的基礎(chǔ)上，通過電壓外環(huán)作為直軸電流給定，降低了采用公式法計算直軸電流給定時對永磁同步電機本體參數(shù)的敏感性，拓寬了調(diào)速范圍。
【專利說明】
一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種永磁同步電機弱磁控制設(shè)計技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)永磁同步電機控制系統(tǒng)的調(diào)速范圍窄，很難滿足伺服應(yīng)用場合“低速時滿出力，高速時恒功率”的使用要求，同時在采用弱磁控制提高轉(zhuǎn)速范圍時，永磁同步電機直軸電流的給定往往采用公式法計算，在針對基速以上、基速以下均采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方式時，公式法也需要對應(yīng)的一分為二，不僅使得程序復(fù)雜，同時公式法對電機本體的參數(shù)依賴性較大，尤其是電機負(fù)載后，電樞反應(yīng)會對電機本體參數(shù)產(chǎn)生一定的影響，這樣會進(jìn)一步影響控制效果。因此，采用一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)集成度高，采用外電壓環(huán)作為直軸電流給定，即通過實時檢測所需要的定子參考電壓矢量的幅值并與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，基速以上時，基準(zhǔn)電壓小于所需的定子電壓幅值，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)輸出的直軸電流給定為負(fù)值，將起到去磁效果，從而實現(xiàn)弱磁升速控制，弱磁控制系統(tǒng)確保了電機的寬調(diào)速范圍，無論在基速以下還是在基速以上，均具有較高的轉(zhuǎn)速閉環(huán)精度，在低速時能夠輸出大扭矩，高速時實現(xiàn)恒功率，同時具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是:提出一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是:一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:所述弱磁控制系統(tǒng)包括三相交流電源1、電源變換器2、集成功率模塊3、永磁同步電機
4、光電碼盤5、弱磁控制器6、電流傳感器7;
[0005]所述三相交流電源I提供三相115V、400Hz交流電，其輸出功率可達(dá)20KW，是整個系統(tǒng)的能量入口 ；電源變換器2與三相交流電源I連接，先將三相交流電進(jìn)行全橋可控整流，得到270V直流電源為集成功率模塊3提供母線電壓，該整流變換部分具有功率因數(shù)校正功能，能夠有效降低熱量損失與電流諧波因數(shù)，電源變換器2同時將270V直流電源再經(jīng)過DC-DC變換，得到的24V電源、5V電源、±15V電源分別為光電碼盤5、弱磁控制器6、電流傳感器7供電；
[0006]所述集成功率模塊3與永磁同步電機4連接，實現(xiàn)270V直流電源的全橋逆變，并促使永磁同步電機4旋轉(zhuǎn);永磁同步電機4吸收電能并將其轉(zhuǎn)換為機械能輸出；光電碼盤5的轉(zhuǎn)子與永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子共軸連接，永磁同步電機4旋轉(zhuǎn)時，光電碼盤5的定子上放置的感光元件會因為光電碼盤5的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的遮光、感光輸出一系列脈沖串；
[0007]所述弱磁控制器6與光電碼盤5、電流傳感器7連接，接收光電碼盤5輸出的信號進(jìn)行解算得到永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子位置，同時接收電流傳感器7反饋的永磁同步電機4繞組的相電流，進(jìn)行帶有弱磁控制的矢量控制算法，并輸出七路P麗脈沖，發(fā)送給集成功率模塊3，其中六路PWM控制集成功率模塊3全橋電路功率管的開關(guān)，另一路控制集成功率模塊3制動功率管的開關(guān)；電流傳感器7與集成功率模塊3連接，利用霍爾磁隔離感應(yīng)原理，完成永磁同步電機4繞組的相電流采集。
[0008]本實用新型的優(yōu)點是:弱磁控制系統(tǒng)能夠在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)速控制，在永磁同步電機基速以下時，可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運行，在永磁同步電機基速以上時，通過弱磁控制能夠?qū)崿F(xiàn)恒功率運行，使得轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)一步提高，其調(diào)速比達(dá)3:1，在全速范圍內(nèi)，弱磁控制系統(tǒng)都具有較高的閉環(huán)控制精度，采用電壓外環(huán)作為直軸電流給定，降低了采用公式法計算直軸電流給定時對永磁同步電機本體參數(shù)的敏感性，獲得了良好的瞬態(tài)性能。
【附圖說明】
[0009]圖1是一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)示意圖，
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型做詳細(xì)說明，參見圖1，其是本實用新型一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)示意圖。所述一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)其特征在于包括:三相交流電源1、電源變換器2、集成功率模塊3、永磁同步電機4、光電碼盤5、弱磁控制器6、電流傳感器7。
[0011]所述三相交流電源I提供三相115V、400Hz交流電，其輸出功率可達(dá)20KW，是整個系統(tǒng)的能量入口 ；電源變換器2與三相交流電源I連接，先將三相交流電進(jìn)行全橋可控整流，得到270V直流電源為集成功率模塊3提供母線電壓，該整流變換部分具有功率因數(shù)校正功能，能夠有效降低熱量損失與電流諧波因數(shù)，電源變換器2同時將270V直流電源再經(jīng)過DC-DC變換，得到的24V電源、5V電源、±15V電源分別為光電碼盤5、弱磁控制器6、電流傳感器7供電；集成功率模塊3與永磁同步電機4連接，實現(xiàn)270V直流電源的全橋逆變，并促使永磁同步電機4旋轉(zhuǎn);永磁同步電機4吸收電能并將其轉(zhuǎn)換為機械能輸出；光電碼盤5的轉(zhuǎn)子與永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子共軸連接，永磁同步電機4旋轉(zhuǎn)時，光電碼盤5的定子上放置的感光元件會因為光電碼盤5的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的遮光、感光輸出一系列脈沖串；弱磁控制器6與光電碼盤5、電流傳感器7連接，接收光電碼盤5輸出的信號進(jìn)行解算得到永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子位置，同時接收電流傳感器7反饋的永磁同步電機4繞組的相電流，進(jìn)行帶有弱磁控制的矢量控制算法，并輸出七路PWM脈沖，發(fā)送給集成功率模塊3，其中六路PWM控制集成功率模塊3全橋電路功率管的開關(guān)，另一路控制集成功率模塊3制動功率管的開關(guān);電流傳感器7與集成功率模塊3連接，利用霍爾磁隔離感應(yīng)原理，完成永磁同步電機4繞組的相電流采集。
[0012]實施例
[0013]三相交流電源I提供三相115V、400Hz交流電，其輸出功率可達(dá)20KW，是整個系統(tǒng)的能量入口；電源變換器2與三相交流電源I連接，先將三相交流電進(jìn)行全橋可控整流，得到270V直流電源為集成功率模塊3提供母線電壓，該整流變換部分具有功率因數(shù)校正功能，能夠有效降低熱量損失與電流諧波因數(shù)，電源變換器2同時將270V直流電源再經(jīng)過DC-DC變換，得到的24V電源、5V電源、±15V電源分別為光電碼盤5、弱磁控制器6、電流傳感器7供電；集成功率模塊3與永磁同步電機4連接，實現(xiàn)270V直流電源的全橋逆變，并促使永磁同步電機4旋轉(zhuǎn);永磁同步電機4吸收電能并將其轉(zhuǎn)換為機械能輸出；光電碼盤5的轉(zhuǎn)子與永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子共軸連接，永磁同步電機4旋轉(zhuǎn)時，光電碼盤5的定子上放置的感光元件會因為光電碼盤5的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的遮光、感光輸出一系列脈沖串；弱磁控制器6與光電碼盤5、電流傳感器7連接，接收光電碼盤5輸出的信號進(jìn)行解算得到永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子位置，同時接收電流傳感器7反饋的永磁同步電機4繞組的相電流，進(jìn)行帶有弱磁控制的矢量控制算法，并輸出七路PWM脈沖，發(fā)送給集成功率模塊3，其中六路PWM控制集成功率模塊3全橋電路功率管的開關(guān)，另一路控制集成功率模塊3制動功率管的開關(guān);電流傳感器7與集成功率模塊3連接，利用霍爾磁隔離感應(yīng)原理，完成永磁同步電機4繞組的相電流采集。
[0014]本實用新型一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)，其工作原理是:三相交流電源I提供三相115V、400Hz交流電，其輸出功率可達(dá)20KW，是整個系統(tǒng)的能量入口；電源變換器2與三相交流電源I連接，先將三相交流電進(jìn)行全橋可控整流，得到270V直流電源為集成功率模塊3提供母線電壓，該整流變換部分具有功率因數(shù)校正功能，能夠有效降低熱量損失與電流諧波因數(shù)，電源變換器2同時將270V直流電源再經(jīng)過DC-DC變換，得到的24V電源、5V電源、土 15V電源分別為光電碼盤5、弱磁控制器6、電流傳感器7供電；集成功率模塊3與永磁同步電機4連接，實現(xiàn)270V直流電源的全橋逆變，并促使永磁同步電機4旋轉(zhuǎn);永磁同步電機4吸收電能并將其轉(zhuǎn)換為機械能輸出；光電碼盤5的轉(zhuǎn)子與永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子共軸連接，永磁同步電機4旋轉(zhuǎn)時，光電碼盤5的定子上放置的感光元件會因為光電碼盤5的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的遮光、感光輸出一系列脈沖串；弱磁控制器6與光電碼盤5、電流傳感器7連接，接收光電碼盤5輸出的信號進(jìn)行解算得到永磁同步電機4的轉(zhuǎn)子位置，同時接收電流傳感器7反饋的永磁同步電機4繞組的相電流，進(jìn)行帶有弱磁控制的矢量控制算法，并輸出七路PWM脈沖，發(fā)送給集成功率模塊3，其中六路PWM控制集成功率模塊3全橋電路功率管的開關(guān)，另一路控制集成功率模塊3制動功率管的開關(guān);電流傳感器7與集成功率模塊3連接，利用霍爾磁隔離感應(yīng)原理，完成永磁同步電機4繞組的相電流采集。
[0015]本實用新型一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)能夠在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)速控制，在永磁同步電機基速以下時，可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運行，在永磁同步電機基速以上時，通過弱磁控制能夠?qū)崿F(xiàn)恒功率運行，使得轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)一步提高，其調(diào)速比達(dá)3:1，在全速范圍內(nèi)，弱磁控制系統(tǒng)都具有較高的閉環(huán)控制精度，采用電壓外環(huán)作為直軸電流給定，降低了采用公式法計算直軸電流給定時對永磁同步電機本體參數(shù)的敏感性，獲得了良好的瞬態(tài)性會K。
【主權(quán)項】
1.一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:所述弱磁控制系統(tǒng)包括三相交流電源(I)、電源變換器(2)、集成功率模塊(3)、永磁同步電機(4)、光電碼盤(5)、弱磁控制器(6)、電流傳感器(7);其中，三相交流電源(I)提供三相115V、400Hz交流電，其輸出功率可達(dá)20KW，是整個系統(tǒng)的能量入口 ；電源變換器(2)與三相交流電源(I)連接，先將三相交流電進(jìn)行全橋可控整流，得到270V直流電源為集成功率模塊(3)提供母線電壓，該整流變換部分具有功率因數(shù)校正功能，能夠有效降低熱量損失與電流諧波因數(shù)，電源變換器(2)同時將270V直流電源再經(jīng)過DC-DC變換，得到的24V電源、5V電源、± 15V電源分別為光電碼盤(5)、弱磁控制器(6)、電流傳感器(7)供電。2.如權(quán)利要求1所述寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:集成功率模塊(3)與永磁同步電機(4)連接，實現(xiàn)270V直流電源的全橋逆變，并促使永磁同步電機(4)旋轉(zhuǎn);永磁同步電機(4)吸收電能并將其轉(zhuǎn)換為機械能輸出；光電碼盤(5)的轉(zhuǎn)子與永磁同步電機(4)的轉(zhuǎn)子共軸連接，永磁同步電機(4)旋轉(zhuǎn)時，光電碼盤(5)的定子上放置的感光元件會因為光電碼盤(5)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的遮光、感光輸出一系列脈沖串。3.如權(quán)利要求1所述寬調(diào)速伺服永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:弱磁控制器(6)與光電碼盤(5)、電流傳感器(7)連接，接收光電碼盤(5)輸出的信號進(jìn)行解算得到永磁同步電機(4)的轉(zhuǎn)子位置，同時接收電流傳感器(7)反饋的永磁同步電機(4)繞組的相電流，進(jìn)行帶有弱磁控制的矢量控制算法，并輸出七路PWM脈沖，發(fā)送給集成功率模塊(3)，其中六路PWM控制集成功率模塊(3)全橋電路功率管的開關(guān)，另一路控制集成功率模塊(3)制動功率管的開關(guān);電流傳感器(7)與集成功率模塊(3)連接，利用霍爾磁隔離感應(yīng)原理，完成永磁同步電機(4)繞組的相電流采集。
【文檔編號】H02P21/00GK205490279SQ201520998708
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月4日
【發(fā)明人】趙小鵬, 周育茹, 劉瑾, 酒晨霄, 牛艷艷, 孟凡軍, 郭偉, 陳衛(wèi)東, 趙東東, 潘軍
【申請人】中國航空工業(yè)第六八研究所, 中國航空工業(yè)第六一八研究所