开关型功率放大装置及模拟变流控制方法制造方法及图纸

技术编号:14355440 阅读:69 留言:0更新日期:2017-01-08 22:43
本发明专利技术涉及电力电子技术领域,公开了一种开关型功率放大装置及模拟变流控制方法。该开关型功率放大装置包括依次连接的模拟侧变流电路、直流母线电路与电源侧变流电路;模拟侧变流电路包括依次连接的输入滤波器、并联滤波电感与三相两电平并联桥臂;输入滤波器为LC结构,并联滤波电感侧为电容,三相两电平并联桥臂由3n只桥臂在直流侧并联而成,每一相各有n只桥臂,n大于或者等于2;每只桥臂的中点均串联滤波电感,分相并联后与输入滤波器共同等效构成LCL型滤波器;三相两电平并联桥臂中的开关为电力电子全控型器件。这样,提高了功率放大装置的控制带宽,缩短了动态响应时间,提高了适应不同技术特性的被测电机控制驱动装置的能力,实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
,特别涉及一种开关型功率放大装置及模拟变流控制方法
技术介绍
电机是一种以电磁场为媒介来实现机械能和电能相互转换的装置。按照能量转换方向不同分为电动机(即由电能转化为机械能)和发电机(即由机械能转换为电能)这两种工作模式,根据机械运动形式不同又可分为旋转电机和直线电机,本文涉及的是旋转电机,后文所提电机也均为旋转电机。电机的工作特性除了与其本体参数和工艺有关之外,还主要由控制驱动装置决定。不同应用领域对电机控制驱动装置的技术要求各不相同,综合来看主要有以下几个方面:1)优良的转矩控制性能;2)宽广的调速范围;3)宽范围的高效率运行区域;4)高功率密度;5)优良的环境适应性和环保性;6)高可靠性。为了保证电机控制驱动装置能够满足上述种种技术要求,需要对其在原理样机研发和产品测试阶段开展大量的测试试验。传统对电机控制驱动装置的测试一般采用电机对拖台架的方式进行,其中一台电机作为被测电机控制驱动装置的被控对象与其连接,另一台同轴电机用来模拟机械负载或能量源,同时连接测功机进行机械参数的测量。这种测试方案的优势在于电机为实物,能够反应较为真实的工作特性,测试精度较高。但却存在下列问题:1)电机台架高速旋转的机械部件存在一定的安全隐患;2)难以进行极限工况及各种故障情况测试;3)对模拟机械负载的电机控制特性要求很高;4)难以灵活改变测试电机类型和参数。针对上述问题,一种基于硬件在环(HardwareIntheLoop,简称“HIL”)概念的测试方案被提出。该方案利用高速实时数字仿真机快速采样来自电机控制器的控制信号,并将其作为输入进行电机驱动器以及电机本体的数学模型的实时解算,再将解算出的电机电气和机械参数返回给电机控制器,从而形成一个完整的闭环控制系统。基于“HIL”的测试方案具有灵活高效,测试工况范围广等优点。但由于仅仅只有电机控制驱动装置的控制部分即电机控制器为实物,而直接与电机进行功率交换的电机驱动器则是以数学模型的形式存在于实时数字仿真机中,故而该测试方案是不够完整的,还需额外开展针对电机控制驱动装置的功率驱动部分(即电机驱动器)的测试工作。若将高速实时数字仿真机解算出的电机电气外特性参数通过一台功率可双向流动的功率放大装置进行功率放大,在功率放大装置和被测电机控制驱动装置的功率接口上产生实际大小的电压和/或电流,就实现了功率级的电机电气外特性的模拟,从而具备对电机控制驱动装置进行完整的功率级测试的功能,该方案又称为功率硬件在环(PowerHardwareIntheLoop,简称“PHIL”)测试。基于“PHIL”的测试方案继承了“HIL”测试方案的灵活高效的优点,同时从“HIL”测试方案只能进行信号级测试拓展到可以开展功率级的测试,使得测试的范围更广、结果更加准确可靠。尽管电机控制驱动装置的“PHIL”测试方案在理论上具有很多优势,然而在实际应用中,其准确性和有效性在很大程度上会受到功率放大装置性能的限制。现有技术中所涉及的“PHIL”测试方案中的功率放大装置控制带宽小,动态响应时间长,对被测电机控制驱动装置的适应能力差,不能适应不同技术特性的被测电机控制驱动装置,进而导致实用性较差。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种开关型功率放大装置及模拟变流控制方法,提高了功率放大装置的控制带宽,缩短了动态响应时间,提高了适应不同技术特性的被测电机控制驱动装置的能力,实用性强。为解决上述技术问题,本专利技术的实施方式提供了一种开关型功率放大装置,包括:模拟侧变流电路、直流母线电路与电源侧变流电路;所述模拟侧变流电路经所述直流母线电路与所述电源侧变流电路连接;所述模拟侧变流电路采用共直流母线多桥臂及滤波电抗并联拓扑结构,且与被测电机控制驱动装置进行功率连接;其中,所述模拟侧变流电路包括输入滤波器、并联滤波电感与三相两电平并联桥臂;所述输入滤波器经所述并联滤波电感与所述三相两电平并联桥臂连接;所述输入滤波器为LC结构,所述并联滤波电感侧为电容,所述三相两电平并联桥臂由3n只桥臂在直流侧并联而成,每一相各有n只桥臂,其中n大于或者等于2;每只桥臂的中点均串联滤波电感,分相并联后与所述输入滤波器共同等效构成LCL型滤波器;所述三相两电平并联桥臂中的开关为电力电子全控型器件。本专利技术的实施方式还提供了一种模拟变流控制方法,包括:模拟变流控制电路生成ABC三相的调制波,并输出至各相的比较单元;其中,每相各有n个比较单元,每相各对应n只桥臂,每个比较单元对应一只桥臂,n为大于或者等于2;每相对应的比较单元的正端都接收基准载波;其中,所述ABC三相的基准载波相同;所述比较单元将所述基准载波分别移相360°/n×(a-1)后输送至每相对应的n个比较单元的负端;其中,a为每相对应的比较单元的排列顺序;每相对应的比较单元的正端输出为对应桥臂上管的脉冲宽度调制PWM信号,负端输出为对应桥臂下管的PWM信号。本专利技术实施方式相对于现有技术而言,开关型功率放大装置中模拟侧变流电路采用共直流母线多桥臂及滤波电抗并联拓扑结构,降低了模拟侧变流电路的等效输出阻抗从而提高了功率放大装置的控制带宽;而且,基于开关型功率放大装置中模拟侧变流电路采用共直流母线多桥臂及滤波电抗并联拓扑结构,采用载波移相调制方法,可提高模拟侧变流电路的等效开关频率,从而减少了功率放大装置的动态响应时间;同时,通过在模拟侧变流电路采用LCL型滤波器,避免了功率放大装置与被测电机控制驱动装置可能存在对同一支路电流控制上的冲突问题,从而提升了功率放大装置对各种技术特性的被测电机控制驱动装置的适应能力,实用性强。另外,所述电源侧变流电路,用于对功率进行双向流动控制,实现能量回馈;所述开关型功率放大装置工作时的功率等级小于预设功率时,所述电源侧变流电路采用两电平三相半桥变流拓扑结构,所述电源侧变流电路包括分别对应三相的3只两电平桥臂、与每相桥臂中点连接的并网滤波器、并网开关以及电源侧变流控制单元;所述开关型功率放大装置工作时的功率等级大于或者等于所述预设功率时,所述电源侧变流电路的拓扑结构与所述模拟侧变流电路的拓扑结构一致;其中,所述并网滤波器为L型滤波电感,或者为LCL型滤波器,这样,可以节约成本。另外,所述直流母线电路包括:直流母线电容、泄放电路与软启动电路;所述直流母线电容并联在直流母线两端;所述泄放电路并联在所述直流母线电容两端,用于在完成测试任务后或者直流电压越限时释放所述直流母线电容上存储的能量;所述软启动电路串联在处于所述直流母线电容电源侧的直流母线上,用于限制所述直流母线电容的充电电流在预设范围内。这样,可以使得功率放大装置工作更安全、可靠。附图说明图1是根据本专利技术第一实施方式中基于功率硬件在环的电机控制驱动测试系统框图;图2是是根据本专利技术第一实施方式中开关型功率放大装置的结构示意图;图3是是根据本专利技术第一实施方式中开关型功率放大装置的电路结构示意图;图4是是根据本专利技术第一实施方式中的载波移相调制原理框图;图5是是根据本专利技术第一实施方式中开关型功率放大装置的开机启动方法流程图;图6是是根据本专利技术第一实施方式中开关型功率放大装置的运行与退出方法流程图;图7是是根据本专利技术第二实施方式的模拟变流控制方法流程图。具体实施方式本文档来自技高网
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开关型功率放大装置及模拟变流控制方法

【技术保护点】
一种开关型功率放大装置,其特征在于,包括:模拟侧变流电路、直流母线电路与电源侧变流电路;所述模拟侧变流电路经所述直流母线电路与所述电源侧变流电路连接;所述模拟侧变流电路采用共直流母线多桥臂及滤波电抗并联拓扑结构,且与被测电机控制驱动装置进行功率连接;其中,所述模拟侧变流电路包括输入滤波器、并联滤波电感与三相两电平并联桥臂;所述输入滤波器经所述并联滤波电感与所述三相两电平并联桥臂连接;所述输入滤波器为LC结构,所述并联滤波电感侧为电容,所述三相两电平并联桥臂由3n只桥臂在直流侧并联而成,每一相各有n只桥臂,其中n大于或者等于2;每只桥臂的中点均串联滤波电感,分相并联后与所述输入滤波器共同等效构成LCL型滤波器;所述三相两电平并联桥臂中的开关为电力电子全控型器件。

【技术特征摘要】
1.一种开关型功率放大装置,其特征在于,包括:模拟侧变流电路、直流母线电路与电源侧变流电路;所述模拟侧变流电路经所述直流母线电路与所述电源侧变流电路连接;所述模拟侧变流电路采用共直流母线多桥臂及滤波电抗并联拓扑结构,且与被测电机控制驱动装置进行功率连接;其中,所述模拟侧变流电路包括输入滤波器、并联滤波电感与三相两电平并联桥臂;所述输入滤波器经所述并联滤波电感与所述三相两电平并联桥臂连接;所述输入滤波器为LC结构,所述并联滤波电感侧为电容,所述三相两电平并联桥臂由3n只桥臂在直流侧并联而成,每一相各有n只桥臂,其中n大于或者等于2;每只桥臂的中点均串联滤波电感,分相并联后与所述输入滤波器共同等效构成LCL型滤波器;所述三相两电平并联桥臂中的开关为电力电子全控型器件。2.根据权利要求1所述的开关型功率放大装置,其特征在于,所述输入滤波器包括3只等效电容,所述3只等效电容呈三角形连接,或者呈星型连接,每只所述等效电容由单只或多只电容器串并联构成。3.根据权利要求1所述的开关型功率放大装置,其特征在于,所述电源侧变流电路,用于对功率进行双向流动控制,实现能量回馈;所述开关型功率放大装置工作时的功率等级小于预设功率时,所述电源侧变流电路采用两电平三相半桥变流拓扑结构,所述电源侧变流电路包括分别对应三相的3只两电平桥臂、与每相桥臂中点连接的并网滤波器、并网开关以及电源侧变流控制单元;所述开关型功率放大装置工作时的功率等级大于或者...

【专利技术属性】
技术研发人员:董亮邹毅军李鸿彪王天民
申请(专利权)人:上海科梁信息工程股份有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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