三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统及控制方法技术方案

三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统及控制方法。目前的三电平逆变器功率等级受限，谐波相对较高，电机转矩脉动较大。本发明专利技术组成包括：控制电路，控制电路输出的PWM信号与驱动电路（5）电连接，驱动电路与六相逆变器（2）电连接，六相逆变器与变频器的三相不控整流电路（1）电连接，变频器的三相不控整流电路前端并联有缺相检测电路（4），变频器的三相不控整流电路后端与母线电压检测电路（3）电连接，缺相检测电路和母线电压检测电路与控制器的A/D接口电连接，六相逆变器经过六相电流采样电路12输入至控制电路的A/D接口。本发明专利技术用于三电平六相永磁同步电机的双模式运行控制。

Two mode operation control system and control method of three-level six phase permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统及控制方法
：本专利技术涉及涉及电机控制领域，具体涉及一种三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统及控制方法。
技术介绍
：目前，两电平逆变器和三电平逆变器在交流驱动逆变器中处于主导地位，两电平逆变器控制技术更为成熟，但是其相对于三电平逆变器而言，功率等级受限。由于两电平的电平数较少，所以让逆变器谐波相对较高，谐波含量高会让电机转矩脉动较大；因此逆变器功率也不能太大。为了降低逆变器输出的谐波含量，满足功率等级需求和系统的可靠性要求，提出了三电平的逆变结构，三电平驱动系统能有效地降低逆变器输出的谐波含量。
技术实现思路
：本专利技术的目的是解决目前的三电平逆变器功率等级受限，谐波相对较高，电机转矩脉动较大的问题，提供一种不需要重新构建驱动拓扑电路，只需切换不同的控制方法，就可以实现双Y移30°六相永磁同步电机在发生缺相故障后可不停机运行的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统及控制方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，其组成包括：控制电路，所述的控制电路输出的PWM信号与驱动电路电连接，所述的驱动电路与六相逆变器电连接，所述的六相逆变器与变频器的三相不控整流电路电连接，所述的变频器的三相不控整流电路前端并联有缺相检测电路，所述的变频器的三相不控整流电路后端与母线电压检测电路电连接，所述的缺相检测电路和所述的母线电压检测电路与所述的控制器的A/D接口电连接，所述的六相逆变器经过六相电流采样电路输入至所述的控制电路的A/D接口。所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，所述的控制器由DSP和FPGA组成，所述的DSP与所述的FPGA电连接。所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，所述的DSP通过CAN通信电路与上位机通信连接。所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，所述的六相逆变器还与六相永磁同步电机电连接，所述的六相永磁同步电机通过旋转变压器与所述的DSP的QEP接口通信连接。一种三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统的控制方法，通过采样电路实时对双Y移30°六相永磁同步电机控制系统进行检测，判断控制系统处于正常运行状态还是处于缺相故障状态，以便控制系统进行控制策略选择；正常运行时，采用四维电流闭环控制模式，即将参与机电能量转换的电流进行闭环控制，同时也对谐波电流进行闭环控制，参与机电能量转换的电流采用的控制方法，因其为直流量，故采用比例积分控制器进行调节，谐波电流给定由于谐波电流为交流量，故采用比例谐振控制器进行调节，从而得到控制电路的电压控制量、、、；缺相运行时，当Z相断路时，其余五相绕组不再对称，此时需要根据不同的优化目标选择容错控制方案，使系统重新恢复稳定，以定子铜耗最小和输出转矩最大为目标，对剩余相电流进行优化。根据权利要求5所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统的控制方法，其特征是：所述的正常运行时的具体步骤为：首先通过转速闭环和电流闭环计算出控制电路的电压控制量、、、，将其电压控制量进行反变换得到电机所需六相相电压、、、、、分量，则其次由于双Y移30°六相永磁同步电机绕组的中性点隔离特性，六相电压分属于ABC与XYZ两套绕组，分别对、、和、、电压分量进行三相静止到两相静止的变换，得到、和、分量，则其中，、、、、、分别表示六相电机定子电压；、和、分别表示第一套绕组ABC与第二套绕组XYZ在两相静止坐标系下的分量；最后针对、分量和、分量，通过XINTF外扩RAM方式将调制波数据写入FPGA中，使用Verilog语言实现两套三相三电平SVPWM调制策略，得到驱动三电平六相逆变器的PWM波形，控制三电平六相驱动器，实现双Y移30°六相永磁同步电机的控制。根据权利要求5所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统的控制方法，其特征是：所述的以定子铜耗最小为目标，对剩余相电流进行优化的具体过程为：六相电机在正常运行时的各相电流为：（1）式中：为定子相电流的幅值；当Z相发生开路时，开路故障前后的定子合成总磁势不变，则剩余五相电流必须满足：（2）对式(2)进行化简，从等式两边约掉相同的系数，可以得到：（3）依据三角函数关系公式，将各相绕组中的电流表示成如下形式：（4）将式(4)带入式(3)中，并将其实部与虚部分离可得：（5）由于六相PMSM具有中性点隔离的特点，还需满足以下下约束条件：（6）通过联立求解方程(5)和(6)，方程的解不是唯一的，基于定子铜耗最小为最优化目标，计算剩余各相电流，并构建其目标函数：构建其拉格朗日函数为依据拉格朗日乘数法，可以得出如下结论，剩余各相电流可表示为（7）8.根据权利要求5所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统的控制方法，其特征是：所述的以基于输出转矩最大为目标，对剩余相电流进行优化的具体过程为：将基于输出转矩最大的优化方式进行分析，通过平衡剩余各相电流幅值，并最小化电流幅值，用剩余各相电流幅值中的最大值表示性能指标，列写目标函数：（8）式(8)的优化目标是找到一组使F值最小的最大一组解，使用F作为目标函数，约束条件是式(5)和(6)，并且求解剩余各相电流的表达式：（9）利用两种优化方式对剩余各相电流的大小与相位进行调整，通过XINTF外扩RAM方式将调制波数据写入FPGA中，使用Verilog语言实现载波层叠比较控制方式，保证双Y移30°六相永磁同步电机在发生缺相故障后可不停机运行。有益效果：1.本专利技术在双Y移30°六相永磁同步电机处于正常运行状态时，采用双三相三电平SVPWM调制策略，本专利技术降低了三电平六相SVPWM控制算法的复杂程度。本专利技术在双Y移30°六相永磁同步电机处于正常运行状态时，对谐波电流采用闭环控制，能有效地降低定子电流中的5、7次谐波含量。本专利技术在双Y移30°六相永磁同步电机处于缺相故障状态时，不需要重新构建驱动拓扑电路，只需切换成容错控制策略，就可以保证双Y移30°六相永磁同步电机在发生缺相故障后可不停机运行。本专利技术为三电平中压大容量双Y移30°六相永磁同步电机驱动提供了控制方法。附图说明：附图1是六相电机控制系统结构图；图中：1、三相不控整流电路；2、六相逆变器；3、电压检测电路；4、缺相检测电路；5、驱动电路；6、FPGA；7、DSP；8、其他外围电路；9、CAN通信电路；10、负载；11、六相永磁同步电机；12、六相电流采样电路；13、旋转变压器；14、过流保护电路；15、QEP电路；16、上位机。附图2是二极管箝位型三电平六相逆变器拓扑图；附图3是基于双三电平SVPWM控制的六相PMSM系统结构图；附图4是基于载波层叠比较的容错控制策本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，其组成包括：控制电路，其特征是：所述的控制电路输出的PWM信号与驱动电路电连接，所述的驱动电路与六相逆变器电连接，所述的六相逆变器与变频器的三相不控整流电路电连接，所述的变频器的三相不控整流电路前端并联有缺相检测电路，所述的变频器的三相不控整流电路后端与母线电压检测电路电连接，所述的缺相检测电路和所述的母线电压检测电路与所述的控制器的A/D接口电连接，所述的六相逆变器经过六相电流采样电路输入至所述的控制电路的A/D接口。/n

【技术特征摘要】
1.一种三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，其组成包括：控制电路，其特征是：所述的控制电路输出的PWM信号与驱动电路电连接，所述的驱动电路与六相逆变器电连接，所述的六相逆变器与变频器的三相不控整流电路电连接，所述的变频器的三相不控整流电路前端并联有缺相检测电路，所述的变频器的三相不控整流电路后端与母线电压检测电路电连接，所述的缺相检测电路和所述的母线电压检测电路与所述的控制器的A/D接口电连接，所述的六相逆变器经过六相电流采样电路输入至所述的控制电路的A/D接口。


2.根据权利要求1所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，其特征是：所述的控制器由DSP和FPGA组成，所述的DSP与所述的FPGA电连接。


3.根据权利要求1或2所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，其特征是：所述的DSP通过CAN通信电路与上位机通信连接。


4.根据权利要求1所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统，其特征是：所述的六相逆变器还与六相永磁同步电机电连接，所述的六相永磁同步电机通过旋转变压器与所述的DSP的QEP接口通信连接。


5.一种权利要求1-4所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统的控制方法，其特征是：通过采样电路实时对双Y移30°六相永磁同步电机控制系统进行检测，判断控制系统处于正常运行状态还是处于缺相故障状态，以便控制系统进行控制策略选择；
正常运行时，采用双三电平SVPWM控制策略，电流采用四维电流闭环控制模式，即将参与机电能量转换的电流进行闭环控制，同时也对谐波电流进行闭环控制，参与机电能量转换的电流采用的控制方法，因其为直流量，故采用比例积分控制器进行调节，谐波电流给定由于谐波电流为交流量，故采用比例谐振控制器进行调节，从而得到控制电路的电压控制量、、、；
缺相运行时，当Z相断路时，其余五相绕组不再对称，此时需要根据不同的优化目标选择容错控制方案，使系统重新恢复稳定，以定子铜耗最小和输出转矩最大为目标，对剩余相电流进行优化。


6.根据权利要求5所述的三电平六相永磁同步电机双模式运行控制系统的控制方法，其特征是：所述的正常运行时的具体步骤为：首先通过转速闭环和电流闭环计算出控制电路的电压控制量、、、，将其电压控制量进行反变换得到电机所需六相相电压、、、、、分量，则



其次由于双Y移30°六相永磁同步电机绕组的中性点隔离特性，六相电压分属于ABC与XYZ两套绕组，分别对、、和、、电压分量进...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晗璎，张国强，桂勇，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23