一种电机驱动装置以及定子直流励磁电机系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电机驱动装置及定子直流励磁电机系统，该装置包括多个相桥臂和1个中性点桥臂，一个相桥臂、中性点桥臂以及被驱动电机的一相绕组构成电流回路，通过控制相桥臂的导通方向和导通时间控制靠近相桥臂的绕组端电压和电压持续时间，通过控制中性点桥臂的导通方向和导通时间控制靠近中性点桥臂端的绕组端电压和电压持续时间，从而实现控制绕组两端电压大小和电压时间，实现控制绕组两端电流大小和电流方向。由中性点桥臂作为公共桥臂，减少了N‑1个桥臂，进而减少了4N‑4个开关元件数量，大大缩减了驱动器的成本，提高了功率密度。

A motor drive device and stator DC excitation motor system

The invention discloses a motor driving device and motor stator DC excitation system, the device includes a plurality of bridge arm and 1 neutral bridge, a bridge arm, neutral bridge arm and a driven motor phase winding into a current loop through the control arm and conducting direction conduction time control winding terminal voltage and phase voltage near the bridge arm duration, through the control of neutral point bridge arm in the direction of conduction and conduction time near the control winding terminal voltage and the voltage of neutral point bridge arm end duration, thus controlling the voltage across the winding voltage magnitude and time, realize the control winding current and the current direction. The neutral point of the bridge arm as a public bridge arm, reducing the N 1 bridge arm, thereby reducing the number of 4N 4 switching elements, greatly reducing the drive cost, improves the power density.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于逆交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种电机驱动装置以及定子直流励磁电机系统。
技术介绍
应用电力电子变换器作为控制器是现代电气传动的主要方法。永磁电机具有高功率密度、高效率、高功率因数等优点，但永磁电机存在永磁成本较高，以及励磁不可逆退磁等问题。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。因此为了减少或不使用永磁电机中的稀土磁铁，同时保证电机的优良特性，近年来，有些学者提出了直流偏置正弦电流的游标电机。要控制这一类电机的正常工作，定子线圈电流中除了有交流分量外，还必须含有直流分量。针对这一类每相电流都包含交流和直流两种分量的新型的定子直流励磁电机，传统的控制器采用完全对称的单相全桥逆变器控制每相电流。若为三相电机则需要6个桥臂，且每个桥臂的电力电子器件都需要按最大电流应力来进行选取容量。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电机驱动装置及定子直流励磁电机系统，旨在解决现有电机驱动装置所用开关管数量多、功率密度低的技术的问题。为实现上述目的，作为本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种电机驱动装置，包括：多个相桥臂和1个中性点桥臂，每个相桥臂正极与中性点桥臂正极连接，每个相桥臂负极与中性点桥臂负极连接；每个相桥臂包括第一开关组件和第二开关组件，第一开关组件的负极与第二开关组件的正极连接，第一开关组件的正极作为相桥臂的正极，第二开关组件的负极作为相桥臂的负极；第一开关组件和第二开关组件均为在正极到负极为可控导通在负极到正极为不可控导通的开关组件；中性点桥臂包括第三开关组件和第四开关组件，第三开关组件的正极与第四开关组件的正极连接，第三开关组件的负极作为中性点桥臂的正极，第四开关组件的负极作为中性点桥臂的负极；第三开关组件为由正极向负极不可控导通的组件，第四开关组件为由正极向负极可控导通组件；一个相桥臂中第一开关组件的负极用于与一相绕组一端连接，中性点桥臂中第三开关组件的正极用于与该相绕组另一端连接；通过控制第一开关组件导通时间和导通方向、第二开关组件导通时间和导通方向、以及第四开关组件导通时间和导通方向控制被驱动电机绕组的电流方向和电流大小使其为包含直流分量和交流分量的电流。优选地，每个相桥臂中第一开关组件导通时间和导通方向以及第二开关组件导通时间和导通方向根据该相绕组中电流的交流分量确定，中性点桥臂中第四开关组件的导通时间和导通方向根据绕组中电流的直流分量确定。优选地，第一开关组件正极到负极导通方向的允许流过最大电流大于第一开关组件负极到正极导通方向的允许流过最大电流。优选地，第二开关组件负极到正极导通方向的允许流过最大电流大于第二开关组件正极到负极导通方向的允许流过最大电流。优选地，第一开关组件包括并联的开关管和二极管，且开关管导通方向与二极管导通方向不同，二极管的负极作为第一开关组件的正极，二极管的正极作为第一开关组件的负极，开关管的控制端用于接收控制信号。优选地，第二开关组件包括并联的开关管和二极管，且开关管导通方向与二极管导通方向不同，二极管的负极作为第二开关组件的正极，二极管的正极作为第二开关组件的负极，开关管的控制端用于接收控制信号。优选地，第三开关组件为二极管，二极管的正极为第三开关组件的正极，二极管的负极为第三开关组件的负极。优选地，第四开关组件为开关管，开关管正极为第四开关组件的正极，开关管负极为第四开关组件的负极，开关管控制极用于接收控制信号。优选地，当被驱动电机绕组为三相绕组时，电机驱动装置还包括：三相电流检测模块，用于检测并输出电机的实测电流信号；位置检测模块，用于检测并输出电机转子实测位置和电机转子实测转速；速度环，其输入端与位置检测模块的第一输出端连接，用于根据电机转子实测转速和电机转子转速指令进行PI控制输出电流指令的q轴分量；矢量转化模块，其第一输入端与电流检测模块的输出端连接，其第二输入端与位置检测模块的第二输出端连接，用于根据电机的实测电流信号和电机转子实测位置进行矢量转化输出转子实测电流q轴分量和转子实测电流d轴分量；电流环，其第一输入端与速度环的输出端连接，其第二输入端与矢量转化模块的输出端连接，用于对转子实测电流q轴分量、转子实测电流d轴分量、电流指令的q轴分量以及电流指令的d轴分量进行PI控制，输出电压指令；脉宽调制模块，其输入端与电流环的输出端连接，用于将电压指令转为7路PWM信号输出；每一路PWM信号用于控制开关管的导通与截止。作为本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种定子直流励磁电机系统，包括电机驱动装置和电机，电机驱动装置用于驱动电机定子绕组，且该电机定子绕组中所注入电流为带直流偏置的交流电。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得如下有益效果。1、本专利技术提供的电机驱动装置，由多个相桥臂和1个中性点桥臂构成被驱动电机绕组驱动回路，由于多个相绕组电流中的交流分量相互抵消，多相绕组电流之和为多相绕组电流直流分量之和，因此，电流始终是经过第三开关组件正极流向第四开关组件负极，或始终是经过第四开关组件正极流向第四开关组件负极，因此，本专利技术提供的电机驱动装置可以实现对直流偏置正弦电流电机定子绕组的驱动。2、根据相绕组中电流的交流分量确定控制第一开关组件导通方向和导通时间以及第二开关组件导通方向和导通时间，实现控制第一开关组件负极电压大小和该电压持续时间，根据相绕组中电流的直流分量确定第四开关组件导通时间，实现控制第四开关正极电压大小和该电压持续时间，进而可以实现控制绕组两端电压大小和持续时间，进而实现控制绕组两端电流大小和绕组电流的方向。使被驱动电机定子绕组中通入由直流分量和交流分量叠加的电流。3、本专利技术提供的电机驱动装置，一个中性点桥臂同N相桥臂构成N相绕组驱动主电路，减少N-1个桥臂，减少了4N-4个电力电子器件，大大缩减了驱动器的成本，提高了功率密度。4、通过让第一开关组件正极到负极导通方向的允许流过最大电流大于第一开关组件负极到正极导通方向的允许流过最大电流，提高第一开关组件功率利用率，系统功率密度高，经济性好。5、本专利技术提供的电机驱动装置实现这直流励磁电机的最大转矩电流比控制，没有单向电流的限制，保证了电机的最优控制特性。附图说明图1为本专利技术提供的电机驱动装置实施例所驱动的直流偏置正弦电流电机的结构示意图；图2为本专利技术实施例所驱动定子直流励磁电机的单相定子线圈的典型驱动电流波形；图3为本专利技术提供的电机驱动装置实施例的主电路部分拓扑结构；图4为本专利技术提供的电机驱动装置实施例的控制部分结构图；图5为本专利技术提供实施例中当交流分量大于直流分量时开关管控制信号产生原理图，图(a)为相桥臂调制波、中性点桥臂调制波和载波关系图，图(b)为当载波为实线三角波时相桥臂端电压、中性点桥臂电压以及绕组电压，图(c)为当载波为虚线三角波时相桥臂端电压、中性点桥臂电压以及绕组电压；图6为本专利技术提供实施例中当交流分量小于直流分量时开关管控制信号产生原理图，图(a)为相桥臂调制波、中性点桥臂调制波和载波关系图，图(b)为当载波为实线三角波时相桥臂端电压、中性点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机驱动装置，其特征在于，包括：多个相桥臂和1个中性点桥臂，每个所述相桥臂正极与所述中性点桥臂正极连接，每个所述相桥臂负极与所述中性点桥臂负极连接；每个所述相桥臂包括第一开关组件和第二开关组件，所述第一开关组件的负极与所述第二开关组件的正极连接，所述第一开关组件的正极作为相桥臂的正极，所述第二开关组件的负极作为相桥臂的负极；所述第一开关组件和所述第二开关组件均为在正极到负极可控导通，在负极到正极不可控导通的开关组件；所述中性点桥臂包括第三开关组件和第四开关组件，所述第三开关组件的正极与所述第四开关组件的正极连接，所述第三开关组件的负极作为所述中性点桥臂的正极，所述第四开关组件的负极作为所述中性点桥臂的负极；所述第三开关组件为由正极向负极不可控导通的组件，所述第四开关组件为由正极向负极可控导通组件；一个所述相桥臂中所述第一开关组件的负极用于与一相绕组一端连接，所述中性点桥臂中所述第三开关组件的正极用于与该相绕组另一端连接；通过控制信号控制第一开关组件导通时间和导通方向、第二开关组件导通时间和导通方向以及第四开关组件导通时间和导通方向控制被驱动电机绕组的电流方向和电流大小，使包含直流分量和交流分量的电流经过所述被驱动电机绕组。...

【技术特征摘要】
1.一种电机驱动装置，其特征在于，包括：多个相桥臂和1个中性点桥臂，每个所述相桥臂正极与所述中性点桥臂正极连接，每个所述相桥臂负极与所述中性点桥臂负极连接；每个所述相桥臂包括第一开关组件和第二开关组件，所述第一开关组件的负极与所述第二开关组件的正极连接，所述第一开关组件的正极作为相桥臂的正极，所述第二开关组件的负极作为相桥臂的负极；所述第一开关组件和所述第二开关组件均为在正极到负极可控导通，在负极到正极不可控导通的开关组件；所述中性点桥臂包括第三开关组件和第四开关组件，所述第三开关组件的正极与所述第四开关组件的正极连接，所述第三开关组件的负极作为所述中性点桥臂的正极，所述第四开关组件的负极作为所述中性点桥臂的负极；所述第三开关组件为由正极向负极不可控导通的组件，所述第四开关组件为由正极向负极可控导通组件；一个所述相桥臂中所述第一开关组件的负极用于与一相绕组一端连接，所述中性点桥臂中所述第三开关组件的正极用于与该相绕组另一端连接；通过控制信号控制第一开关组件导通时间和导通方向、第二开关组件导通时间和导通方向以及第四开关组件导通时间和导通方向控制被驱动电机绕组的电流方向和电流大小，使包含直流分量和交流分量的电流经过所述被驱动电机绕组。2.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，每个相桥臂中第一开关组件导通时间和导通方向以及第二开关组件导通时间和导通方向根据该相绕组中电流的交流分量确定，中性点桥臂中第四开关组件的导通时间和导通方向根据绕组中电流的直流分量确定。3.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述第一开关组件正极到负极导通方向的允许流过最大电流大于所述第一开关组件负极到正极导通方向的允许流过最大电流。4.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述第二开关组件负极到正极导通方向的允许流过最大电流大于所述第二开关组件正极到负极导通方向的允许流过最大电流。5.如权利要求1或4任一项所述的电机驱动装置，其特征在于，第一开关组件包括并联的开关管和二极管，且开关管导通方向与...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋栋，李安，高子晗，贾少锋，曲荣海，李大伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42