电流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流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、三相无源电阻抗网络、电流控制回路以及电机行为处理器；三相DC/AC电力电子变流器和三相无源电阻抗网络用于模拟电流响应型三相永磁同步电机的电流响应特性，并与外接电机驱动系统进行电能交换；电流控制回路用于对模拟系统的三相交流功率端口的电流进行闭环控制；电机行为处理器用于根据模拟系统的三相交流功率端口的电压信号、输入的负载转矩信号产生电流控制回路的电流参考信号，并输出相应的电机转速信号和电机转子位置信号。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，实现全电化电机驱动测试，提高了测试效率和安全性。

Simulation system of current response three phase permanent magnet synchronous motor

The invention provides a simulation system, the current response of three-phase permanent magnet synchronous motor includes a three-phase DC/AC power electronic converter, three-phase passive impedance network, the current control loop and motor behavior processor; three-phase DC/AC power electronic converter and three-phase passive analog current response characteristics of current three-phase permanent magnet synchronous motor electrical impedance network for, and external power exchange motor drive system; current control loop for the closed-loop control for three-phase AC power to the current port simulation system; motor behavior for processor based on the voltage signal, three-phase AC power input port of the simulation system of the load torque signal generating current reference signal and the output current control loop. The corresponding motor speed and rotor position signal. The invention can be directly connected with the real motor drive system and exchange electric energy, so as to realize the test of the full electrochemical motor drive, and improve the test efficiency and safety.

【技术实现步骤摘要】
电流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
，具体地，涉及电流响应型三相永磁同步电机的模拟系统。
技术介绍
永磁同步电动机(PermanentMagnetSynchronousMachine，PMSM)和其配套的电机调速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)对拖系统很难模拟一些复杂的，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流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一种电流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、三相无源电阻抗网络、电流控制回路、电机行为处理器；所述三相DC/AC电力电子变流器的三相交流端与所述三相无源电阻抗网络的第一端相连，所述三相无源电阻抗网络的第二端构成所述模拟系统的三相交流功率端口；所述三相DC/AC电力电子变流器的直流端构成所述模拟系统的直流功率端口；所述电流控制回路的第一输入端输入所述三相交流功率端口所检测到的三相电流信号；所述电流控制回路的第二输入端输入所述电机行为处理器输出的电流参考信号；所述电流控制回路的输出端输出驱动所述三相DC/AC电力电子变流器的脉宽调制信号；所述电机行为处理器的第一输入端输入所述三相交流功率端口所检测到的三相电压信号；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端口所检测到的转矩信号；所述电机行为处理器的第一输出端输出所述电流控制回路的电流参考信号；所述电机行为处理器的第二输出端输出电机转速信号；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；其中：所述三相DC/AC电力电子变流器和所述三相无源电阻抗网络用于模拟所述电流响应型三相永磁同步电机的电流响应特性，并通过所述模拟系统的三相交流功率端口与外接电机驱动系统进行电能交换；所述电流控制回路用于对所述模拟系统的三相交流功率端口的电流进行闭环控制；所述电机行为处理器用于描述所述电流响应型三相永磁同步电机的电气和机械行为特性；以及根据所述模拟系统的三相交流功率端口的电压信号、输入的负载转矩信号产生所述电流控制回路的电流参考信号，并输出相应的电机转速信号和电机转子位置信号。可选地，所述电机行为处理器，包括依次串联的坐标变换子模块、电磁方程子模块、转矩方程子模块、运动方程子模块、位置转换子模块；所述坐标变换子模块的第一端输入所述模拟系统的三相交流功率端口所检测的三相电压信号，且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与所述电磁方程子模块的第一输入端相连，所述电磁方程子模块的第二输入端输入所述电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值；所述电磁方程子模块的输出端与所述转矩方程子模块的第一输入端相连；所述转矩方程子模块的第二输入端输入所述电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值；所述转矩方程子模块的输出端与所述运动方程子模块的第一输入端相连，所述运动方程子模块的第二输入端输入所述电流响应型三相永磁同步电机的负载转矩信号；所述运动方程子模块的输出端输出所述电流响应型三相永磁同步电机的机械角频率，并分成两条支路，其中一条支路经过所述电流响应型三相永磁同步电机的极对数增益运算后与所述电磁方程子模块的第三输入端相连，另一条支路与所述位置转换子模块的输入端相连；所述位置转换子模块的输出端输出所述电流响应型三相永磁同步电机的转子磁链相角和机械相角；其中：所述坐标变换子模块，用于将三相电压信号转换到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个坐标系中；或者，在所检测的三相电压信号为高频脉冲信号时，所述坐标变换子模块对三相电压信号进行滤波以使其变成线性连续信号；所述电磁方程子模块，用于对所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电磁特性进行描述，具体为：将经坐标变换得到的三相交流端电压、所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电角频率、所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值通过方程计算转化为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子电流；所述电磁方程子模块在dq坐标系下的时域表达式为：式中：us为三相交流端电压，ud为us经dq坐标变换后的d轴分量，uq为us经dq坐标变换后的q轴分量，Rs为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子绕组电阻，id为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子电流is在dq坐标变换后的d轴分量，iq为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子电流is在dq坐标变换后的q轴分量，Ld为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的三相电感经dq坐标变换后的d轴分量，Lq为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的三相电感经dq坐标变换后的q轴分量，ωe为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电角频率，ψf为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值；所述转矩方程子模块在dq坐标系下的时域表达式为：式中：Te为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机等效输出的电磁转矩，np为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的极对数，ψd为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机定子磁链的d轴分量，ψq为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机定子磁链的q轴分量；所述运动方程子模块的时域表达式为：式中：Tload为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的负载转矩，ωmech为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的机械角频率，J为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的转动惯量，F为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的转轴阻力系数；所述位置转换子模块的时域表达式为：ωe＝npωmech式中：ωe为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电角频率，np为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的极对数，ωmech为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的机械角频率，θe为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的转子磁链相角，ωe(t)为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电角频率随时间变化的函数，ωmech(t)为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的机械角频率随时间变化的函数。可选地，所述转矩方程子模块的第一输入端电流信号为所述电磁方程子模块计算获得或者三相交流功率端口的电流信号经过坐标变换获得。可选地，所述坐标变换子模块、电磁方程子模块、转矩方程子模块、运动方程子模块、位置转换子模块的运算方式包括任一种方式：时域表达式方程、频域表达式方程、数字信号处理器、数字等效电路、模拟等效电路。可选地，所述三相DC/AC电力电子变流器包括：至少一组直流端口和一组三相交流端口，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流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、三相无源电阻抗网络、电流控制回路、电机行为处理器；所述三相DC/AC电力电子变流器的三相交流端与所述三相无源电阻抗网络的第一端相连，所述三相无源电阻抗网络的第二端构成所述模拟系统的三相交流功率端口；所述三相DC/AC电力电子变流器的直流端构成所述模拟系统的直流功率端口；所述电流控制回路的第一输入端输入所述三相交流功率端口所检测到的三相电流信号；所述电流控制回路的第二输入端输入所述电机行为处理器输出的电流参考信号；所述电流控制回路的输出端输出驱动所述三相DC/AC电力电子变流器的脉宽调制信号；所述电机行为处理器的第一输入端输入所述三相交流功率端口所检测到的三相电压信号；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端口所检测到的转矩信号；所述电机行为处理器的第一输出端输出所述电流控制回路的电流参考信号；所述电机行为处理器的第二输出端输出电机转速信号；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；其中：所述三相DC/AC电力电子变流器和所述三相无源电阻抗网络用于模拟所述电流响应型三相永磁同步电机的电流响应特性，并通过所述模拟系统的三相交流功率端口与外接电机驱动系统进行电能交换；所述电流控制回路用于对所述模拟系统的三相交流功率端口的电流进行闭环控制；所述电机行为处理器用于描述所述电流响应型三相永磁同步电机的电气和机械行为特性；以及根据所述模拟系统的三相交流功率端口的电压信号、输入的负载转矩信号产生所述电流控制回路的电流参考信号，并输出相应的电机转速信号和电机转子位置信号。...

【技术特征摘要】
1.一种电流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、三相无源电阻抗网络、电流控制回路、电机行为处理器；所述三相DC/AC电力电子变流器的三相交流端与所述三相无源电阻抗网络的第一端相连，所述三相无源电阻抗网络的第二端构成所述模拟系统的三相交流功率端口；所述三相DC/AC电力电子变流器的直流端构成所述模拟系统的直流功率端口；所述电流控制回路的第一输入端输入所述三相交流功率端口所检测到的三相电流信号；所述电流控制回路的第二输入端输入所述电机行为处理器输出的电流参考信号；所述电流控制回路的输出端输出驱动所述三相DC/AC电力电子变流器的脉宽调制信号；所述电机行为处理器的第一输入端输入所述三相交流功率端口所检测到的三相电压信号；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端口所检测到的转矩信号；所述电机行为处理器的第一输出端输出所述电流控制回路的电流参考信号；所述电机行为处理器的第二输出端输出电机转速信号；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；其中：所述三相DC/AC电力电子变流器和所述三相无源电阻抗网络用于模拟所述电流响应型三相永磁同步电机的电流响应特性，并通过所述模拟系统的三相交流功率端口与外接电机驱动系统进行电能交换；所述电流控制回路用于对所述模拟系统的三相交流功率端口的电流进行闭环控制；所述电机行为处理器用于描述所述电流响应型三相永磁同步电机的电气和机械行为特性；以及根据所述模拟系统的三相交流功率端口的电压信号、输入的负载转矩信号产生所述电流控制回路的电流参考信号，并输出相应的电机转速信号和电机转子位置信号。2.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，所述电机行为处理器，包括依次串联的坐标变换子模块、电磁方程子模块、转矩方程子模块、运动方程子模块、位置转换子模块；所述坐标变换子模块的第一端输入所述模拟系统的三相交流功率端口所检测的三相电压信号，且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与所述电磁方程子模块的第一输入端相连，所述电磁方程子模块的第二输入端输入所述电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值；所述电磁方程子模块的输出端与所述转矩方程子模块的第一输入端相连；所述转矩方程子模块的第二输入端输入所述电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值；所述转矩方程子模块的输出端与所述运动方程子模块的第一输入端相连，所述运动方程子模块的第二输入端输入所述电流响应型三相永磁同步电机的负载转矩信号；所述运动方程子模块的输出端输出所述电流响应型三相永磁同步电机的机械角频率，并分成两条支路，其中一条支路经过所述电流响应型三相永磁同步电机的极对数增益运算后与所述电磁方程子模块的第三输入端相连，另一条支路与所述位置转换子模块的输入端相连；所述位置转换子模块的输出端输出所述电流响应型三相永磁同步电机的转子磁链相角和机械相角；其中：所述坐标变换子模块，用于将三相电压信号转换到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个坐标系中；或者，在所检测的三相电压信号为高频脉冲信号时，所述坐标变换子模块对三相电压信号进行滤波以使其变成线性连续信号；所述电磁方程子模块，用于对所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电磁特性进行描述，具体为：将经坐标变换得到的三相交流端电压、所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电角频率、所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值通过方程计算转化为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子电流；所述电磁方程子模块在dq坐标系下的时域表达式为：式中：us为三相交流端电压，ud为us经dq坐标变换后的d轴分量，uq为us经dq坐标变换后的q轴分量，Rs为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子绕组电阻，id为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子电流is在dq坐标变换后的d轴分量，iq为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的定子电流is在dq坐标变换后的q轴分量，Ld为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的三相电感经dq坐标变换后的d轴分量，Lq为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的三相电感经dq坐标变换后的q轴分量，ωe为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的电角频率，ψf为所模拟的电流响应型三相永磁同步电机的永磁体磁链幅值；所述转矩...

【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