电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统技术方案

本发明专利技术提供了一种电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统，包括：三相DC/AC电力电子变流器、直流供电端口、电机行为处理器、电压控制环节；三相DC/AC电力电子变流器用于模拟输入电流时三相永磁同步电机的端口电压响应，并与外接电机驱动系统进行电能交换；电机行为处理器用于描述永磁同步电机的电气和机械行为特性；电压控制环节用于以电机行为处理器中计算所得永磁同步电机端口电压信号为参考，控制三相DC/AC变流器的交流端输出电压。本发明专利技术可直接与真实的电机驱动系统相连并进行电能交换，有效模拟电机驱动系统输入电流时三相永磁同步电机的端口电压响应，实现了全电化电机驱动测试，节省了测试成本，提高了测试效率和安全性。

Analog system of three-phase permanent magnet synchronous motor with voltage response

【技术实现步骤摘要】
电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统
本专利技术涉及电力电子和电机
，具体地，涉及一种电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统。
技术介绍
永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMachine，PMSM)及其配套的驱动系统正广泛应用于风力发电、工业控制、电动汽车等重要的电能变换和电力拖动领域。在这些应用中，永磁同步电机的功率等级和功率密度正不断提升，负载特性也变得越来越复杂。在设计研发以及出厂调试时，往往需要对永磁同步电机及其驱动系统进行一系列功能性和可靠性的测试及验证。传统的永磁同步电机测试方法，除了真实的永磁同步电机和与之配套的电机驱动外，还包括与永磁同步电机机械转轴相连的另一套对拖电机系统，以对被测永磁同步电机施加负载转矩。而当面对越来越复杂的运行工况，以及越来越高的可靠性和功能性要求时，传统的电机测试方法会有一系的列局限性：1、对拖电机系统很难模拟一些复杂、高动态、长时间的负载转矩特性；2、测试系统的参数，特别是电机特性难以自由改变；3、机械环节大大增加了测试系统的损耗，并带来测试安全性和准确性等问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统。根据本专利技术提供的三相永磁同步电机模拟系统，包括：三相DC/AC电力电子变流器、直流供电端口、电机行为处理器、电压控制环节；其中：所述三相DC/AC变流器，用于模拟在电机驱动系统输入电流的作用下，所述三相永磁同步电机的电压响应特性，并通过模拟系统的三相交流功率端口(3ph-AC)与外接电机驱动系统进行电能交换；所述电机行为处理器，用于描述所述永磁同步电机的电气和机械行为特性；根据所述驱动系统输入的驱动电流(is)和外部输入的负载转矩信号(Tload)，产生所模拟永磁同步电机的端口电压响应信号(us)、转速信号(机械转速ωmech)以及电机转子位置信号(机械角度θmech和/或电角度θe)；所述电压控制环节，用于将所述电机行为处理器生成的电压响应信号(us)，转换成所述三相DC/AC变流器中的器件开关信号，以在所述三相交流功率端口(3ph-AC)处模拟所述永磁同步电机的端口电压响应。可选地，所述三相DC/AC变流器，包括至少一组直流端口和至少一组三相交流端口，具有全控或半控型功率半导体器件所构成的DC/AC电路拓扑结构；其中：所述三相DC/AC变流器的直流端构成所述模拟系统的直流功率端口，并与直流供电端相连；所述三相DC/AC变流器的交流端直接构成所述模拟系统的交流功率端口(3ph-AC)，或者经由三相变压器构成所述模拟系统的交流功率端口，所述交流功率端口与外接电机驱动系统相连。可选地，所述三相变压器具体用于：对所述三相DC/AC电力电子变流器的输出电压进行变换，或者抑制所述模拟系统中的三相交流端零序电流；所述三相变压器T两侧绕组变比根据需要设置为任意值，三相变压器T两侧绕组采用以下任意一种连接形式：Y/Δ型、Δ/Y型、Δ/Δ型、Y/Y型、开放型；当所述三相DC/AC电力电子变流器中接入所述三相变压器时，需要将三相交流端的电流、电压以及所述电机行为处理器产生的参考电压折算至所述三相变压器的一次侧，，以进行控制运算；或者，在控制运算后，将产生的所述三相DC/AC电力电子变流器的电压参考给定值折算至所述三相变压器的一次侧。可选地，所述模拟系统的直流供电，采用以下任一种供电方式：直流电压源；与整流器连接的单相或三相交流电源；所述整流器的交流输入端经由可选变压器与所述单相或者三相交流电源相连，所述整流器引出直流输出端，输出直流电；与整流器连接的单相或三相交流电网，所述整流器的交流输入端经由可选变压器与所述单相或者三相交流电网相连，所述整流器引出直流输出端，输出直流电；其中，所述模拟系统与外接的电机驱动系统相互独立进行供电，或者所述模拟系统与外接电机驱动系统共用同一电源进行供电。所述电机行为处理器，用于模拟三相永磁同步电动机的电气和机械行为特性，或者模拟三相永磁同步发电机的电气和机械行为特性；包括坐标变换、电磁方程、转矩方程、运动方程、位置转换五个子模块，其中：所述电机行为处理器第一输入端输入所述三相交流功率端口(3ph-AC)所检测到的三相电流信号，所述电机行为处理器的第二输入端输入所述模拟系统的负载转矩信号，所述电机行为处理器的第一输出端输出所述电压控制环节的电压参考信号，所述电机行为处理器的第二输出端输出所模拟的电机转速信号，所述电机行为处理器的第三输出端输出电机转子位置信号；所述坐标变换子模块的第一端构成所述电机行为处理器的第一输入端，所述坐标变换子模块的输出端分成两条支路，其中一条支路与所述电磁方程子模块第一端相连，另一条支路与所述转矩方程子模块第一端相连；所述电磁方程子模块的第二端输入所述永磁同步电机的永磁体磁链幅值(ψf)，所述电磁方程子模块的第三端输入所述永磁同步电机的电转速信号(ωe)，所述电磁方程子模块的输出端构成所述电机行为处理器第一输出端；所述转矩方程子模块的第二端输入所述永磁同步电机的永磁体磁链幅值(ψf)，所述转矩方程子模块的输出端与所述运动方程子模块第一端相连；所述运动方程子模块的第二端输入所述永磁同步电机的负载转矩信号(Tload)，所述运动方程子模块的输出端输出所述永磁同步电机的机械角频率(ωmech)，并构成所述电机行为处理器的第二输出端；所述运动方程子模块输出端分成两条支路，其中一条支路经由所述永磁同步电机的极对数(np)增益后与所述电磁方程子模块第三端相连，另一条支路与所述位置转换子模块第一端相连；所述位置转换子模块的输出端输出所述永磁同步电机的转子磁链相角(θe)和机械相角(θmech)，并构成所述电机行为处理器第三输出端；所述坐标变换子模块，用于将三相电流信号转换到dq同步旋转坐标系、αβ两相静止坐标系、abc三相静止坐标系中的任一坐标系中；所述电磁方程子模块，用于对所述永磁同步电机的电磁特性进行描述：将经坐标变换得到的所述永磁同步电机输入定子电流信号(is)、所述永磁同步电机的角频率(ωe)、以及所述永磁同步电机的永磁体磁链幅值(ψf)，通过方程计算转化为所述永磁同步电机的端口电压响应(us)；所述转矩方程子模块，用于对所述永磁同步电机的电磁转矩特性进行描述：将经坐标变换得到的所述永磁同步电机输入定子电流信号(is)、以及所述永磁同步电机的永磁体磁链幅值(ψf)，通过方程计算转化为所述永磁同步电机等效输出电磁转矩(Te)；所述运动方程子模块，用于对所述永磁同步电机的机械特性进行描述：将所述永磁同步电机等效输出的电磁转矩(Te)、所述永磁同步电机的负载转矩(Tload)，通过方程计算转化为所述永磁同步电机的机械角频率(ωmech)；所述位置转换子模块，用于求解所述永磁同步电机的转子及磁链位置：将所述永磁同步电机的机械角频率(ωmech)，通过方程计算转化为所述永磁同步电机的转子磁链相角(θe)以及机械相角(θmech)；可选地，所述的位置转换子模块中，可以同时采用机械角度θmech和电角度θe作为输出信号，或仅采用机械角度θmech或电角度θe之一作为输出信号；可选地，为避免数据存储饱和，将机械角度θmech和电角度θe对2π(弧度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统，其特征在于，包括：三相DC/AC电力电子变流器、直流供电端口、电机行为处理器、电压控制环节；其中：所述三相DC/AC电力电子变流器，用于模拟在电机驱动系统输入电流的作用下，所述三相永磁同步电机的电压响应特性，并通过三相交流功率端口与外接电机驱动系统进行电能交换；所述电机行为处理器，用于描述所述永磁同步电机的电气和机械行为特性；所述电压控制环节，用于将所述电机行为处理器生成的电压响应信号，转换成所述三相DC/AC变流器中的器件开关信号，以在所述DC/AC电力电子变流器的三相交流端口处模拟所述永磁同步电机的端口电压响应。

【技术特征摘要】
1.一种电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统，其特征在于，包括：三相DC/AC电力电子变流器、直流供电端口、电机行为处理器、电压控制环节；其中：所述三相DC/AC电力电子变流器，用于模拟在电机驱动系统输入电流的作用下，所述三相永磁同步电机的电压响应特性，并通过三相交流功率端口与外接电机驱动系统进行电能交换；所述电机行为处理器，用于描述所述永磁同步电机的电气和机械行为特性；所述电压控制环节，用于将所述电机行为处理器生成的电压响应信号，转换成所述三相DC/AC变流器中的器件开关信号，以在所述DC/AC电力电子变流器的三相交流端口处模拟所述永磁同步电机的端口电压响应。2.根据权利要求1所述的电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统，其特征在于：所述三相DC/AC电力电子变流器，包括至少一组直流端口和至少一组三相交流端口，并包含有全控或半控型功率半导体器件所构成的DC/AC电路拓扑结构；所述三相DC/AC变流器的直流端构成所述模拟系统的直流功率端口，并与直流供电端口相连；所述三相DC/AC变流器的交流端构成所述模拟系统的交流功率端口，或者所述三相DC/AC变流器的交流端经由三相变压器后构成所述模拟系统的交流功率端口，所述交流功率端口与所述电机驱动系统相连。3.根据权利要求2所述的电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统，其特征在于：所述三相变压器具体用于：对所述三相DC/AC电力电子变流器的输出电压等级进行变换，或者抑制所述模拟系统中的三相交流端零序电流；所述三相变压器两侧绕组变比根据需要设置为任意值，其中，所述三相变压器两侧绕组采用以下任意一种连接形式：Y/Δ型、Δ/Y型、Δ/Δ型、Y/Y型、开放型；当所述三相DC/AC电力电子变流器中接入所述三相变压器时，将所述电机行为处理器产生的参考电压折算至所述三相变压器的一次侧，以进行控制运算；或者，在控制运算后，将产生的所述三相DC/AC电力电子变流器的电压参考给定值折算至所述三相变压器的一次侧，以控制所述三相DC/AC变流器中半导体器件的开通关断。4.根据权利要求1所述的电流响应型三相永磁同步电机的模拟系统，其特征在于，所述模拟系统的直流供电采用以下任一种供电方式：直流电压源；与整流器连接的单相或三相交流电源；所述整流器的交流输入端经由可选变压器与所述单相或者三相交流电源相连，所述整流器引出直流输出端，输出直流电；与整流器连接的单相或三相交流电网，所述整流器的交流输入端经由可选变压器与所述单相或者三相交流电网相连，所述整流器引出直流输出端，输出直流电；其中，所述模拟系统与外接的电机驱动系统采用相互独立的直流源进行供电，或者所述模拟系统与外接电机驱动系统共用同一直流源进行供电。5.根据权利要求1所述的电压响应型三相永磁同步电机的模拟系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：马柯，宋宇博，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31