一种直流偏置正弦电流电机控制器制造技术

一种直流偏置正弦电流电机控制器，属于交流电机驱动控制装置，解决现有控制器所采用的单相全桥变流器所存在的电力电子器件数量以及所需控制器资源过多的问题。本发明专利技术包括第一、第二、第三、第四减法器，速度调节器，d轴、q轴、0轴电流调节器，脉宽调制器，变流器，电机轴向编码器，A相、B相、C相霍尔电流传感器以及电流变换器和微分器；其中变流器由直流电源、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成。本发明专利技术体积和重量较小，避免传统结构存在的桥臂直通风险，提高了电机驱动系统的可靠性，有效减少了电力电子器件的使用数量，特别是功率器件的使用量，能够大幅度降低控制器的成本，适用于新型定子直流励磁电机的驱动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交流电机驱动控制装置，具体涉及一种直流偏置正弦电流电机控制器，用于新型定子直流励磁电机的驱动控制。
技术介绍
永磁电机具有高功率密度、高效率、高功率因数等优点，但永磁电机成本较高。而传统的开关磁阻电机结构简单、成本低，但由于其特有的供电方式，在开关关断瞬间，存在较大的电流尖峰，因此电机的振动和噪声很大，此外，电机的转矩脉动也较大。这些缺点影响了开关磁阻电机在某些对振动和噪声要求较高的场合的使用。为了改进上述两种电机，近年来，有些学者提出了直流偏置正弦电流电机，如图1所示，其包括定子01、转子02以及绕组03，以及转轴、机壳、端盖、位置编码器等其他通用结构件。该电机的特点为：采用单层分数槽非重叠集中绕组，其绕组包含A、B、C三相，每相绕组相电流如图2(a)、图2(b)、图2(c)所示，每相绕组相电流由直流部分和交流部分构成，图2(a)所示直流部分用于构建励磁磁场回路，图2(b)所示交流部分用于产生电磁转矩，直流偏置正弦电流电机采用最大转矩电流比控制方法时，须始终保持直流励磁分量幅值等于交流分量幅值。针对这种每相电流都包含交流和直流两种分量的直流偏置型电机，现有的控制器采用单相全桥变流器控制每相电流，采用单相全桥变流器的直流偏置型电机控制器一相绕组接线方式如图3所示，分别由可关断功率器件S11、可关断功率器件S12、可关断功率器件S13、可关断功率器件S14构成，其工作特点为：直流偏置型绕组的电流方向始终为单一方向，所述拓扑结构中为由S11流向S14，S11和S14关断时，S12和S13导通起续流作用,其中S11、S12、S13、S14均采用脉宽调制方式输出指令电压。整个变流器在器件应用上需要采用普通变流器两倍的器件数量以及匹配的控制器资源。由于直流偏置型电机电流的正负不对称性，电力电子器件的数量上存在优化的空间。为便于理解本专利技术，以下对有关概念加以解释：在电机控制领域，经常将自然坐标系ABC(以下简称为静止坐标系)变换到同步旋转坐标系dq0(以下简称为旋转坐标系)，ABC轴在空间上互差120度电角度；d、q、0轴在三维dq0空间上互相垂直，并且围绕着0轴以Nrωr的转速同步旋转，其中Nr为电机的极对数，ωr为电机的机械角速度。则可以将静止坐标系下交变的ABC相电流变换为在空间中以电机电角速度Nrωr同步旋转的直流dq0相电流，这样可以大大简化控制难度。
技术实现思路
本专利技术提供一种直流偏置正弦电流电机控制器，解决现有控制器所采用的单相全桥变流器所存在的电力电子器件数量以及所需控制器资源过多的问题。本专利技术所提供的一种直流偏置正弦电流电机控制器，包括第一减法器、第二减法器、第三减法器、第四减法器、速度调节器、d轴电流调节器、q轴电流调节器、0轴电流调节器、脉宽调制器、变流器、电机轴向编码器、A相霍尔电流传感器、B相霍尔电流传感器、C相霍尔电流传感器、电流变换器、微分器；电机转速给定值ωr*和电机转速反馈值ωr送入所述第一减法器，ωr*-ωr的差值送入速度调节器，所述速度调节器输出q轴电流给定值iq*，通过调节iq*，使得ωr*-ωr的差值始终为零，即ωr始终跟随ωr*的变化，直流偏置正弦电流电机在最大转矩电流比工作状态时，d轴电流给定值为0，q轴与0轴电流给定值相等，因此可以得到d轴电流给定值id*、q轴电流给定值iq*、0轴电流给定值i0*；所述电机转速反馈值ωr由电机轴相编码器检测获取的转子位置信号θr经过微分器进行微分得到，ωr＝dθr/dt；d轴电流给定值id*与d轴电流反馈值id送入所述第二减法器，id*-id的差值送入d轴电流调节器，所述d轴电流调节器输出d轴电压给定值Vd*，通过调节Vd*，使得id*-id的差值始终为零，即对id*进行无差跟踪；q轴电流给定值iq*与q轴电流反馈值iq送入所述第三减法器，iq*-iq的差值送入q轴电流调节器，所述q轴电流调节器输出q轴电压给定值Vq*，通过调节Vq*，使得iq*-iq的差值始终为零，即对iq*进行无差跟踪；0轴电流给定值i0*与0轴电流反馈值i0送入所述第四减法器，i0*-i0的差值送入0轴电流调节器，所述0轴电流调节器输出0轴电压给定值V0*，通过调节V0*，使得i0*-i0的差值始终为零，即对i0*进行无差跟踪；Vd*、Vq*、V0*、θr输入所述脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制(SVPWM)，分别产生A、B、C相PWM信号；所述变流器由直流电源、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成，其中，第一、第三、第五MOS场效应管的源极与第二、第四、第六续流二极管的负极连接，并连接所述直流电源的正极；第一、第三、第五MOS场效应管的漏极分别连接第一、第三、第五续流二极管的负极，同时，第一、第三、第五MOS场效应管的漏极分别连接直流励磁电机A相、B相、C相绕组的一端；第二、第四、第六续流二极管的正极分别连接第二、第四、第六MOS场效应管的的源极，同时，第二、第四、第六MOS场效应管的的源极分别连接直流励磁电机A相、B相、C相绕组的另一端；第二、第四、第六MOS场效应管的漏极与第一、第三、第五续流二极管的正极连接，并连接所述直流电源的负极；所述A相PWM信号作为变流器的第一、第二MOS场效应管栅极的控制信号，B相PWM信号作为第三、第四MOS场效应管栅极的控制信号，C相PWM信号作为第五、第六MOS场效应管栅极的控制信号；变流器的输出电压作用在直流偏置正线电流电机相绕组上，控制直流偏置正弦电流电机绕组A、B、C相的电流，产生对应于输入PWM信号的带直流偏置的正弦电流信号；最终实现d、q、0轴电流的无静差跟踪；所述A、B、C相霍尔电流传感器分别测量得到电机A相电流信号ia、B相电流信号ib、C相电流信号ic，由电机轴向编码器检测的电机转子位置信号θr以及ia、ib、ic输入所述电流变换器，经过电流变换器进行静止-旋转坐标变换，得到d、q、0轴直流电流信号，并分别作为d轴电流反馈值id、q轴电流反馈值iq、0轴电流反馈值i0。所述速度调节器按照下述过程输出q轴电流给定值iq*：所述速度调节器对其输入进行判断，若ωr*-ωr的差值为零，则保持此时iq*为定值，并输出；若ωr*-ωr的差值为正，则不断增大q轴电流给定值iq*，直至电机转速反馈值ωr增加，使得ωr*-ωr为零，保持此时iq*为定值，以维持ωr*-ωr的差值始终为零；若ωr*-ωr的差值为负，则不断减小q轴电流给定值iq*，直至电机转速反馈值ωr减小，使得ωr*-ωr为零，保持此时iq*为定值，以维持ωr*-ωr的差值始终为零；即ωr始终跟随ωr*的变化。所述d轴电流调节器按照下述过程输出d轴电压给定值Vd*：所述d轴电流调节器对其输入进行判断，若id*-id的差值为零，则保持此时Vd*为定值，并输出；若id*-id的差值为正，则不断增大d轴电压给定值Vd*，直至电机d轴电流反馈值id增加，使得id*-id为零，保持此时Vd*为定值，以维持id*-id的差值始终为零；若id*-id的差值为负，则不断减小d轴电压给定值Vd*，直至电机d轴电流反馈值id减小，使得id*-id为零，保持此时Vd*为定值，以维持id*-id的差值始终为零；所述q轴电流调节器输出q轴电压给定值V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流偏置正弦电流电机控制器，包括第一减法器(1)、第二减法器(2)、第三减法器(3)、第四减法器(4)、速度调节器(5)、d轴电流调节器(6d)、q轴电流调节器(6q)、0轴电流调节器(60)、脉宽调制器(7)、变流器(8)、直流偏置正弦电流电机(9)、电机轴向编码器(10)、A相霍尔电流传感器(11a)、B相霍尔电流传感器(11b)、C相霍尔电流传感器(11c)、电流变换器(12)、微分器(13)；其特征在于：电机转速给定值ωr*和电机转速反馈值ωr送入所述第一减法器(1)，ωr*‑ωr的差值送入速度调节器(5)，所述速度调节器(5)输出q轴电流给定值iq*，通过调节iq*，使得ωr*‑ωr的差值始终为零，即ωr始终跟随ωr*的变化，直流偏置正弦电流电机在最大转矩电流比工作状态时，d轴电流给定值为0，q轴与0轴电流给定值相等，因此可以得到d轴电流给定值id*、q轴电流给定值iq*、0轴电流给定值i0*；所述电机转速反馈值ωr由电机轴相编码器(10)检测获取的转子位置信号θr经过微分器(13)进行微分得到，ωr＝dθr/dt；d轴电流给定值id*与d轴电流反馈值id送入所述第二减法器(2)，id*‑id的差值送入d轴电流调节器(6d)，所述d轴电流调节器(6d)输出d轴电压给定值Vd*，通过调节Vd*，使得id*‑id的差值始终为零，即对id*进行无差跟踪；q轴电流给定值iq*与q轴电流反馈值iq送入所述第三减法器(3)，iq*‑iq的差值送入q轴电流调节器(6q)，所述q轴电流调节器(6q)输出q轴电压给定值Vq*，通过调节Vq*，使得iq*‑iq的差值始终为零，即对iq*进行无差跟踪；0轴电流给定值i0*与0轴电流反馈值i0送入所述第四减法器(4)，i0*‑i0的差值送入0轴电流调节器(60)，所述0轴电流调节器(60)输出0轴电压给定值V0*，通过调节V0*，使得i0*‑i0的差值始终为零，即对i0*进行无差跟踪；Vd*、Vq*、V0*、转子位置信号θr输入所述脉宽调制器(7)，进行正弦脉宽调制，分别产生A、B、C相PWM信号；所述变流器(8)由直流电源、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成，其中，第一、第三、第五MOS场效应管的源极与第二、第四、第六续流二极管的负极连接，并连接所述直流电源的正极；第一、第三、第五MOS场效应管的漏极分别连接第一、第三、第五续流二极管的负极，同时，第一、第三、第五MOS场效应管的漏极分别连接直流励磁电机A相、B相、C相绕组的一端；第二、第四、第六续流二极管的正极分别连接第二、第四、第六MOS场效应管的的源极，同时，第二、第四、第六MOS场效应管的的源极分别连接直流励磁电机A相、B相、C相绕组的另一端；第二、第四、第六MOS场效应管的漏极与第一、第三、第五续流二极管的正极连接，并连接所述直流电源的负极；所述A相PWM信号作为变流器的第一、第二MOS场效应管栅极的控制信号，B相PWM信号作为第三、第四MOS场效应管栅极的控制信号，C相PWM信号作为第五、第六MOS场效应管栅极的控制信号；变流器(8)的输出电压作用在直流偏置正线电流电机相绕组上，控制直流偏置正弦电流电机(9)绕组A、B、C相的电流，产生对应于输入PWM信号的带直流偏置的正弦电流信号；所述A、B、C相霍尔电流传感器分别测量得到电机A相电流信号ia、B相电流信号ib、C相电流信号ic，由电机轴向编码器(10)检测的电机转子位置信号θr以及ia、ib、ic输入所述电流变换器(12)，经过电流变换器(12)进行静止‑旋转坐标变换，得到d、q、0轴直流电流信号，并分别作为d轴电流反馈值id、q轴电流反馈值iq、0轴电流反馈值i0。...

【技术特征摘要】
1.一种直流偏置正弦电流电机控制器，包括第一减法器(1)、第二减法器(2)、第三减法器(3)、第四减法器(4)、速度调节器(5)、d轴电流调节器(6d)、q轴电流调节器(6q)、0轴电流调节器(60)、脉宽调制器(7)、变流器(8)、直流偏置正弦电流电机(9)、电机轴向编码器(10)、A相霍尔电流传感器(11a)、B相霍尔电流传感器(11b)、C相霍尔电流传感器(11c)、电流变换器(12)、微分器(13)；其特征在于：电机转速给定值ωr*和电机转速反馈值ωr送入所述第一减法器(1)，ωr*-ωr的差值送入速度调节器(5)，所述速度调节器(5)输出q轴电流给定值iq*，通过调节iq*，使得ωr*-ωr的差值始终为零，即ωr始终跟随ωr*的变化，直流偏置正弦电流电机在最大转矩电流比工作状态时，d轴电流给定值为0，q轴与0轴电流给定值相等，因此可以得到d轴电流给定值id*、q轴电流给定值iq*、0轴电流给定值i0*；所述电机转速反馈值ωr由电机轴相编码器(10)检测获取的转子位置信号θr经过微分器(13)进行微分得到，ωr＝dθr/dt；d轴电流给定值id*与d轴电流反馈值id送入所述第二减法器(2)，id*-id的差值送入d轴电流调节器(6d)，所述d轴电流调节器(6d)输出d轴电压给定值Vd*，通过调节Vd*，使得id*-id的差值始终为零，即对id*进行无差跟踪；q轴电流给定值iq*与q轴电流反馈值iq送入所述第三减法器(3)，iq*-iq的差值送入q轴电流调节器(6q)，所述q轴电流调节器(6q)输出q轴电压给定值Vq*，通过调节Vq*，使得iq*-iq的差值始终为零，即对iq*进行无差跟踪；0轴电流给定值i0*与0轴电流反馈值i0送入所述第四减法器(4)，i0*-i0的差值送入0轴电流调节器(60)，所述0轴电流调节器(60)输出0轴电压给定值V0*，通过调节V0*，使得i0*-i0的差值始终为零，即对i0*进行无差跟踪；Vd*、Vq*、V0*、转子位置信号θr输入所述脉宽调制器(7)，进行正弦脉宽调制，分别产生A、B、C相PWM信号；所述变流器(8)由直流电源、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成，其中，第一、第三、第五MOS场效应管的源极与第二、第四、第六续流二极管的负极连接，并连接所述直流电源的正极；第一、第三、第五MOS场效应管的漏极分别连接第一、第三、第五续流二极管的负极，同时，第一、第三、第五MOS场效应管的漏极分别连接直流励磁电机A相、B相、C相绕组的一端；第二、第四、第六续流二极管的正极分别连接第二、第四、第六MOS场效应管的的源极，同时，第二、第四、第六MOS场效应管的的源极分别连接直流励磁电机A相、B相、C相绕组的另一端；第二、第四、第六MOS场效应管的漏极与第一、第三、第五续流二极管的正极连接，并连接所述直流电源的负极；所述A相PWM信号作为变流器的第一、第二MOS场效应管栅极的控制信号，B相PWM信号作为第三、第四MOS场效应管栅极的控制信号，C相PWM信号作为第五、第六MOS场效应管栅极的控制信号；变流器(8)的输出电压作用在直流偏置正线电流电机相绕组上，控制直流偏置正弦电流电机(9)绕组A、B、C相的电流，产生对应于输入PWM信号的带直流偏置的正弦电流信号；所述A、B、C相霍尔电流传感器分别测量得到电机A相电流信号ia、B相电流信号ib、C相电流信号ic，由电机轴向编码器(10)检测的电机转子位置信号θr以及ia、ib、ic输入所述电流变换器(12)，经过电流变换器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋栋，贾少锋，孔武斌，于子翔，曲荣海，李健，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42