一种电机驱动器拓扑及控制算法制造技术

技术编号:15394564 阅读:311 留言:0更新日期:2017-05-19 06:25
本发明专利技术提供一种电机驱动器拓扑及控制算法,所述电机驱动器拓扑包括n相电机、驱动器和控制器,所述n≥3且n为正整数,所述控制器通过驱动器控制n相电机的工作状态,所述驱动器包括逆变器,所述逆变器采用桥式结构,所述桥式结构为单级多相桥式结构或多级多相桥式结构,所述单级多相桥式结构由多个单级单相桥式结构并联形成,所述多级多相桥式结构由多个单级多相桥式结构串联形成;所述控制算法,通过使用N/2变换实现空间矢量解耦,将n相空间电压矢量解耦为dq坐标系下的两相电压矢量,实现对多相电机励磁、转矩的独立控制。本发明专利技术的有益效果是能够实现多相电机闭环控制,控制算法简便、系统可靠性高,易于实现并应用于实际工程当中。

【技术实现步骤摘要】
一种电机驱动器拓扑及控制算法
本专利技术属于电机驱动与控制领域,具体涉及一种电机驱动器拓扑及控制算法。
技术介绍
在电机驱动中,驱动器的拓扑结构普遍采用单级多相H桥式带冗余结构,但单级多单级多相H桥式带冗余结构的每一桥臂上功率开关管承受电压较高,且由于该硬件结构过于复杂,提高了硬件成本。矢量控制理论(transvectorcontrol)最早是由德国的F.Blaschke于1971年提出的。矢量控制方法成功以后,交流电机控制系统动静态性能达到与直流电机不相上下的程度,从而使交流电机控制系统在工农业生产中获得越来越广泛的应用,在一定程度上甚至取代了直流电机的地位。矢量控制原理是将交流电机通过数学变换等效成一个旋转的直流电机,最终目的是将交流电机等效成一个旋转的直流电机,通过给定直流参数控制交流电机,使交流电机获得和直流电机相媲美的调速性能,但是一般的矢量控制原理不易于在实际工程中实现,控制算法较为复杂。传统的空间矢量解耦变换需要逐个计算,比较繁琐,没有一种通用的空间矢量解耦方法。单级多相拓扑和多级多相拓扑适用于高压、大电流场合,且多级多相拓扑的每一个桥臂的功率开关管的耐压级别可降低。专利CN105553378A没有加入绕组侧的联接变化,多样性受到限制;专利CN105450140A采用的功率开关管多,成本过高,增加了硬件成本,限制了其在特定场合的推广;专利CN105656387A采用的电源数量多,功率开关管的个数多,成本过大,不易在某些场合推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单、计算简便、系统可靠性高的控制策略,尤其适合高压、大电流应用场合的电机驱动拓扑及控制算法。本专利技术的技术方案是:一种电机驱动器拓扑,包括n相电机、驱动器和控制器,所述n≥3且n为正整数,所述n相电机通过驱动器连接电源,所述控制器通过驱动器控制n相电机的工作状态,所述驱动器包括逆变器,所述逆变器采用桥式结构,所述桥式结构为单级多相桥式结构或多级多相桥式结构,所述单级多相桥式结构由多个单级单相桥式结构并联形成,所述多级多相桥式结构由多个单级多相桥式结构串联形成。所述单级单相桥式结构包括电压输入端U1、电源输入端U2,所述单级多相桥式结构即单级n相桥式结构由n个单级单相桥式结构并联而成,所述n个单级单相桥式结构的电源输入端U1相连在一起为单级多相桥式结构第一输入端,所述n个单级单相桥式结构的电源输入端U2相连在一起为单级多相桥式结构第二输入端。所述多级多相桥式结构即k级n相桥式结构可由k个单级多相桥式结构串联形成;所述驱动器包括第三直流电源,所述第三直流电源的正极与所述第一级单级多相桥式结构第一输入端相连,所述第一级单级多相桥式结构第二输入端与第二级单级多相桥式结构第一输入端相连,依次类推,所述第K-1级单级多相桥式结构第二输入端与第K级的单极多相桥式结构第一输入端相连;所述第K级单级多相桥式结构第二输入端与第三直流电源的负极相连;所述第一级的多相桥式结构有y1相,所述第二级的多相桥式结构有y2相;所述第三级的多相桥式结构有y3相,依次类推,所述第k级的多相桥式结构有yk相;有y1+y2+...+yk=n,其中y1、y2...yk、k均为正整数。所述单级单相桥式结构包括单级单相普通桥式结构,当单级单相桥式结构为单级单相普通桥式结构时,所述单级单相普通桥式结构还包括电压输出端O,所述单级n相普通桥式结构的n个输出端On分别与n相电机的绕组的第一端对应相连,所述n相电机的绕组的第二端短接在一起,或所述n相电机的绕组的第二端至少两个任意组合短接在一起;所述K级n相普通桥式结构的n个输出端O11~Oy1、O21~Oy2、...Ok1~OyK分别与n相电机的绕组的第一端对应相连,所述n相电机的绕组的第二端短接在一起,或所述n相电机的绕组的第二端至少两个任意组合短接在一起。所述单级单相普通桥式结构还包括驱动信号输入端G1、驱动信号输入端G2和功率开关管Q1、Q2,所述功率开关管Q1的集电极为桥式结构的电源输入端U1,所述功率开关管Q1的门极为驱动信号输入端G1,所述功率开关管Q1的发射极与所述功率开关管Q2的集电极相连且相连处为桥式结构输出端O,所述功率开关管Q2的门极为驱动信号输入端G2,所述功率开关管Q2的发射极为桥式结构的电源输入端U2。所述驱动器还包括功率开关管驱动模块,当逆变器为单级n相普通桥式结构或k级n相普通桥式结构时,所述控制器传递2n个控制信号到功率开关管驱动模块中,所述功率开关管驱动模块输出2n个控制信号分别与单级n相普通桥式结构或k级n相普通桥式结构对应的2n个驱动信号输入端G1、驱动信号输入端G2相连。所述单级单相桥式结构还包括单级单相H型桥式结构,当单级单相桥式结构为单级单相H型桥式结构时,所述单级单相H型桥式结构还包括电压输出端Va和Vb,所述单级n相H型桥式结构n对电压输出端Van和Vbn分别与n相电机的每相绕组的首末两端对应相连;所述多级多相H型桥式结构即K级n相H型桥式结构的n对电压输出端VaYk和VbKKn分别与n相电机的每相绕组的首末两端对应相连。所述单级单相H型桥式结构包括驱动信号输入端Z1~驱动信号输入端Z4、第一功率开关管P1~第四功率开关管P4,第一二极管D1~第四二极管D4,所述第一功率开关管P1~第四功率开关管P4的门极分别为桥式结构的驱动信号输入端Z1~Z4;所述第一功率开关管P1的集电极、第三功率开关管P3的集电极、第一二极管D1的负极、第三二极管D3的负极相互连接后为第三电源输入端U1;所述第一功率开关管P1的发射极、所述第二功率开关管P2的集电极、第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极相互连接且连接处为H型桥式结构的电压输出端Va;所述第三功率开关管P3的发射极、所述第四功率开关管P4的集电极、第三二极管D3的正极、第四二极管D4的负极相互连接且连接处为H型桥式结构的电压输出端Vb;所述第二功率开关管P2的发射极、第四功率开关管P4的发射极、第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极相互连接后为电源输入端U2。所述驱动器还包括功率开关管驱动模块,当逆变器为单级n相H型桥式结构或k级n相H型桥式结构时,所述控制器传递4n个控制信号到功率开关管驱动模块中,所述功率开关管驱动模块输出4n控制信号分别与单级n相H型桥式结构或k级n相H型桥式结构对应的4n个驱动信号输入端Z1~驱动信号输入端Z4相连。所述的一种电机控制算法,通过使用N/2变换实现空间矢量解耦,将n相空间电压矢量解耦为dq坐标系下的两相电压矢量,实现对多相电机励磁、转矩的独立控制。所述控制算法包括以下步骤:(1)确定n相电机额定角速度ω:根据n相电机参数额定频率f和公式ω=2πf,通过计算可得电机额定角速度ω;(2)确定磁链矢量幅值φmax:根据n相电机参数额定相电压幅值umax和公式通过计算可得磁链矢量幅值φmax;(3)确定磁链电流给定值Idref:根据n相电机参数励磁电感Lm和公式φmax=Lm×Idref,可以得到磁链电流给定值Idref;(4)确定转矩电流给定值Iqref:根据n相电机参数额定定子相电流幅值Im、上述磁链电流给定值Idref和公式可以算出Iqref。(5)确定两个电流闭环:通过电流传感器得到本文档来自技高网...
一种电机驱动器拓扑及控制算法

【技术保护点】
一种电机驱动器拓扑,包括n相电机、驱动器和控制器,所述n≥3且n为正整数,所述n相电机通过驱动器连接电源,所述控制器通过驱动器控制n相电机的工作状态,其特征在于:所述驱动器包括逆变器,所述逆变器采用桥式结构,所述桥式结构为单级多相桥式结构或多级多相桥式结构,所述单级多相桥式结构由多个单级单相桥式结构并联形成,所述多级多相桥式结构由多个单级多相桥式结构串联形成。

【技术特征摘要】
1.一种电机驱动器拓扑,包括n相电机、驱动器和控制器,所述n≥3且n为正整数,所述n相电机通过驱动器连接电源,所述控制器通过驱动器控制n相电机的工作状态,其特征在于:所述驱动器包括逆变器,所述逆变器采用桥式结构,所述桥式结构为单级多相桥式结构或多级多相桥式结构,所述单级多相桥式结构由多个单级单相桥式结构并联形成,所述多级多相桥式结构由多个单级多相桥式结构串联形成。2.根据权利要求1所述的电机驱动器拓扑,其特征在于:所述单级单相桥式结构包括电压输入端U1、电源输入端U2,所述单级多相桥式结构即单级n相桥式结构由n个单级单相桥式结构并联形成,所述n个单级单相桥式结构的电源输入端U1相连在一起为单级多相桥式结构第一输入端,所述n个单级单相桥式结构的电源输入端U2相连在一起为单级多相桥式结构第二输入端。3.根据权利要求2所述的电机驱动器拓扑,其特征在于:所述多级多相桥式结构即k级n相桥式结构可由k个单级多相桥式结构串联形成;所述驱动器包括第三直流电源,所述第三直流电源的正极与所述第一级单级多相桥式结构第一输入端相连,所述第一级单级多相桥式结构第二输入端与第二级单级多相桥式结构第一输入端相连,依次类推,所述第K-1级单级多相桥式结构第二输入端与第K级的单极多相桥式结构第一输入端相连;所述第K级单级多相桥式结构第二输入端与第三直流电源的负极相连;所述第一级的多相桥式结构有y1相,所述第二级的多相桥式结构有y2相;所述第三级的多相桥式结构有y3相,依次类推,所述第k级的多相桥式结构有yk相;有y1+y2+...+yk=n,其中y1、y2...yk、k均为正整数。4.根据权利要求1-3任意一项所述的电机驱动器拓扑,其特征在于:所述单级单相桥式结构包括单级单相普通桥式结构,当单级单相桥式结构为单级单相普通桥式结构时,所述单级单相普通桥式结构还包括电压输出端O,所述单级n相普通桥式结构的n个输出端On分别与n相电机绕组的第一端对应相连,所述n相电机绕组的第二端短接在一起,或所述n相电机绕组的第二端至少两个任意组合短接在一起;所述K级n相普通桥式结构的n个输出端O11~Oy1、O21~Oy2、...Ok1~OyK分别与n相电机的绕组的第一端对应相连,所述n相电机的绕组的第二端短接在一起,或所述n相电机的绕组的第二端至少两个任意组合短接在一起。5.根据权利要求4所述的电机驱动器拓扑,其特征在于:所述单级单相普通桥式结构还包括驱动信号输入端G1、驱动信号输入端G2、功率开关管Q1和功率开关管Q2,所述功率开关管Q1的集电极为桥式结构的电源输入端U1,所述功率开关管Q1的门极为驱动信号输入端G1,所述功率开关管Q1的发射极与所述功率开关管Q2的集电极相连且相连处为桥式结构输出端O,所述功率开关管Q2的门极为驱动信号输入端G2,所述功率开关管Q2的发射极为桥式结构的电源输入端U2。6.根据权利要求4所述所述的电机驱动器拓扑,其特征在于:所述驱动器还包括功率开关管驱动模块,当逆变器为单级n相普通桥式结构或k级n相普通桥式结构时,所述控制器传递2n个控制信号到功率开关管驱动模块中,所述功率开关管驱动模块输出2n个控制信号分别与单级n相普通桥式结构或k级n相普通桥式结构对应的2n个驱动信号输入端G1、驱动信号输入端G2相连。7.根据权利要求1-3任意一项所述的电机驱动器拓扑,其特征在于:所述单级单相桥式结构还包括单级单相...

【专利技术属性】
技术研发人员:王松李晓坤郭荣生郑宇赛考永贵邢燕斌
申请(专利权)人:山东大学威海
类型:发明
国别省市:山东,37

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