一种采用SiC MOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种采用SiC MOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，涉及电力电子技术领域，技术方案包括由依次连接的三相电网、LCL滤波器、整流器、直流母线、逆变器、LC滤波器、长线电缆及永磁同步电动机；整流器和逆变器采用开关速度快且损耗小的SiC MOSFET作为功率开关器件。本发明专利技术的有益效果为：采用开关速度快、开关损耗低、导通电阻小、工作温度高的SiC MOSFET作为功率开关器件，能将驱动装置的开关频率提高到50kHz以上，从而减小所用LCL和LC滤波器的重量和体积、增加系统控制精度、提高驱动装置的效率、提升驱动装置的工作温度、简化冷却环节。

A double filter permanent magnet synchronous motor driver with SiC MOSFET

【技术实现步骤摘要】
一种采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置
本专利技术属于电力电子
，具体地，涉及一种采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置
技术介绍
永磁同步电动机在稳定运行时没有转子损耗，运行过程中无需较大的励磁电流分量，其效率和功率密度都要高于同容量的异步电动机。近年来，随着电子技术、电机控制理论和永磁材料的发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。但现有的永磁同步电动机驱动装置采用的功半导体开关器件是硅(Si)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，开关和导通损耗较大，限制了驱动装置的效率提升。为了降低器件损耗，IGBT的开关频率一般被设定在20kHz以下。较低的开关频率使驱动系统控制精度有限，还会导致输入和输出电流波形质量降低，在输入侧成为电网的污染源，在输出侧则使永磁同步电动机转矩发生脉冲、影响其正常运行。此外，现有的永磁同步电动机驱动装置只在整流器侧采用输入滤波器，逆变器侧直接连接永磁同步电动机。逆变器侧的高频电压脉冲信号直接作用在永磁同步电动机上，会造成绝缘加速老化、电磁噪声增加等问题，降低了永磁同步电动机的使用寿命。并且，在实际应用中，驱动装置和永磁同步电动机的距离一般较远，需要长线电缆进行连接。长线电缆存在分布电感和分布电容，会对高频电压产生行波反射现象，导致电机过电压，长期运行会降低永磁同步电动机的使用寿命。为此，本专利技术针对上述技术问题，提出一种采用碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，用于提升驱动装置输入和输出电流质量、增加控制精度、提高系统效率、减缓电机绝缘老化、提升永磁同步电动机寿命。
技术实现思路
为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置。一种采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，包括依次连接的三相电网Grid、LCL滤波器、整流器Rectifier、直流母线DC-link、逆变器Inverter、LC滤波器、长线电缆LW及永磁同步电动机PMSM；本驱动装置的控制回路包括：与所述永磁同步电动机PMSM同轴连接的增量式光电编码器EC，增量式光电编码器EC同时获得永磁同步电动机的转子位置电角度θe和转速n，用于永磁同步电动机的矢量控制；所述逆变器Inverter的输出端与LC滤波电路的电容端分别设置电流采样模块，所述增量式光电编码器EC的输出端连接PI调节器一1，调节器一1的输出端与所述逆变器Inverter电流采样模块的输出端连接PI调节器二2的输入端；所述逆变器Inverter电流采样模块的输出端还连接PI调节器三3的输入端，所述PI调节器二2、PI调节器三3的输出端均与电压空间矢量脉宽调制模块SVPWM连接，所述微SVPWM模块连接所述逆变器Inverter。电压空间矢量脉宽调制模块选用可实现电压空间矢量脉宽调制SVPWM的控制器。优选为，所述LCL滤波器包含网侧三相滤波电感Lga、Lgb、Lgc，整流器侧三相滤波电感Lra、Lrb、Lrc，三相滤波电容Cga、Cgb、Cgc，用于滤除从电网流入整流器Rectifier的开关频率次高频电流；所述LC滤波器包含三相滤波电感Lia、Lib、Lic和三相滤波电容Cia、Cib、Cic，用于滤除逆变器Inverter输出的高频谐波电流，缓冲高频电压，从而减轻永磁同步电动机的电磁转矩脉动、抑制电磁噪声、减缓绝缘老化。并且，可以抑制高频电压在长线电缆LW上产生的行波反射现象，防止永磁同步电动机PMSM发生过电压；直流母线电容Cdc用于稳定DC-link的直流母线电压Vdc。优选为，所述整流器Rectifier和逆变器Inverter中的功率开关器件S1、S2、S3、S4、S5，S6、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6采用SiCMOSFET。相对于SiIGBT，SiCMOSFET的开关速度更快、开关损耗和导通电阻更低、工作温度更高。采用SiCMOSFET能将开关频率提高到50kHz以上，从而减小所用LCL和LC滤波器的重量和体积、增加系统控制精度、提高驱动装置的效率和工作温度、简化冷却环节。优选为，虽然在逆变器Inverter和永磁同步电动机PMSM之间添加LC滤波器可以滤除高频谐波电流、缓冲高频电压，但由于永磁同步电动机存在漏感，LC滤波器和漏感一起可以构成与LCL滤波器类似的结构，所述LC滤波器由三相滤波电感Lia、Lib、Lic和三相滤波电容Cia、Cib、Cic组成，以及永磁同步电动机漏感之间会产生谐振问题。本专利技术通过检测LC滤波器的三相电容电流ica、icb、icc，反馈到永磁同步电动机的控制环路中，以抑制LC滤波器与永磁同步电动机漏感之间的谐振问题。优选为，所述电流采样模块为电流采样电路或者电流传感器。优选为，基于本装置的一种永磁同步电机控制方法：在转速外环中，转速给定值nref与所述量式光电编码器EC获得的永磁同步电动机转速n比较，通过所述PI调节器一1输出q轴给定参考电流iq_ref；在电流内环中，检测abc坐标系下的逆变器输出三相电流ia、ib、ic，经过CLARK变换得到αβ坐标系的逆变器输出电流iα、iβ；αβ坐标系的逆变器输出电流iα、iβ和永磁同步电动机的转子位置电角度θe经过PARK变换得到dq坐标系的逆变器输出电流id、iq；在d轴的电流调节环中，将d轴给定参考电流id_ref设定为零，从而可以使转矩与q轴电流iq成正比关系，方便控制。id_ref与反馈的电流id比较通过PI调节器三3获得电压ud；在q轴电流调节环中，q轴给定参考电流iq_ref来自于转速外环的输出；iq_ref与反馈的电流iq比较通过PI调节器二2获得电压uq。ud、uq和永磁同步电动机的转子位置电角度θe经过反PARK变换得到vα、vβ。为抑制LC滤波器与永磁同步电动机漏感之间的谐振问题，检测LC滤波器的三相电容电流ica、icb、icc，经过CLARK变换得到αβ坐标系下LC滤波器的电容电流icα、icβ，icα、icβ经过电容电流反馈系数Kci获得电压vcα、vcβ；将vcα、vcβ叠加到αβ坐标系电流内环PI调节器输出的电压vα、vβ，获得电压空间矢量调制SVPWM的调制电压uα、uβ，经过调制获得驱动信号，最终驱动逆变器Inverter的六个功率开关器件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。通过所述电压空间矢量脉宽调制SVPWM对所述逆变器的SiCMOSFET功率开关器件进行开通和关断的控制。整流器Rectifier可以采用现有的控制方法，不再赘述。优选为，所述CLARK变换的计算公式为：所述PARK变换的计算公式为：所述反PARK变换的计算公式为：本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)采用开关速度快、开关损耗低、导通电阻小、工作温度高的SiCMOSFET作为功率开关器件，能将驱动装置的开关频率提高到5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用SiC MOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，其特征在于：依次连接的三相电网、LCL滤波器、整流器、直流母线、逆变器、LC滤波器、长线电缆及永磁同步电动机；/n本驱动装置的控制回路包括：与所述永磁同步电动机同轴连接的增量式光电编码器；所述逆变器的输出端与LC滤波电路的电容端分别设置电流采样模块，所述增量式光电编码器的输出端连接PI调节器一(1)，调节器一(1)的输出端与所述逆变器电流采样模块的输出端连接PI调节器二(2)的输入端；所述逆变器电流采样模块的输出端还连接PI调节器三(3)的输入端，所述PI调节器二(2)、PI调节器三(3)的输出端均与电压空间矢量脉宽调制模块连接，所述电压空间矢量脉宽调制模块连接所述逆变器。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，其特征在于：依次连接的三相电网、LCL滤波器、整流器、直流母线、逆变器、LC滤波器、长线电缆及永磁同步电动机；
本驱动装置的控制回路包括：与所述永磁同步电动机同轴连接的增量式光电编码器；所述逆变器的输出端与LC滤波电路的电容端分别设置电流采样模块，所述增量式光电编码器的输出端连接PI调节器一(1)，调节器一(1)的输出端与所述逆变器电流采样模块的输出端连接PI调节器二(2)的输入端；所述逆变器电流采样模块的输出端还连接PI调节器三(3)的输入端，所述PI调节器二(2)、PI调节器三(3)的输出端均与电压空间矢量脉宽调制模块连接，所述电压空间矢量脉宽调制模块连接所述逆变器。


2.根据权利要求1所述的采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，其特征在于，所述LCL滤波器包含网侧三相滤波电感Lga、Lgb、Lgc，整流器侧三相滤波电感Lra、Lrb、Lrc，三相滤波电容Cga、Cgb、Cgc；
所述LC滤波器包含三相滤波电感Lia、Lib、Lic和三相滤波电容Cia、Cib、Cic；直流母线电容Cdc用于稳定DC-link的直流母线电压Vdc。


3.根据权利要求1所述的采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，其特征在于，所述整流器和逆变器中的功率开关器件采用SiCMOSFET。


4.根据权利要求1所述的采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，其特征在于，所述LC滤波器由三相滤波电感Lia、Lib、Lic和三相滤波电容Cia、Cib、Cic组成。


5.根据权利要求1所述的采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，其特征在于，所述电流采样模块为电流采样电路或者电流传感器。


6.根据权利要求1所述的采用SiCMOSFET的双边滤波永磁同步电动机驱动装置，其特征在于，基于本装置的一种永磁同步电机控制方法：
在转速外环中，转速给定值nref与所述量式光电编码器获得的永磁同步电动机转速n比较，通过所述PI调节器一(1)输出q轴给定参考电流iq_ref；
在电流内环中，检测abc坐标系下的逆变器输出三相电流ia、ib、ic，经过CLARK变换得到αβ坐标系的逆变器输出电流iα、iβ；
αβ坐标系的逆变器输出电流iα、iβ和永磁同步电动机的转子位置电角度θe经过PARK变换得到dq坐标系的逆变器输出电流id、iq；
在d轴的电流调节环中，将d轴给定参考电流id_ref设定为零，从而可以使转矩与q轴电流iq成正比关系，方便控制。id_ref与反馈的电流id比较通过PI调节器三(3)获得电压ud；在q轴电流调节环中，q轴给定参考电流iq_ref来自于转速外环的输出；iq_ref与反馈的电流iq比...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炜，齐光峰，孙东，范路，周宏斌，马坤，肖志勇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心，
类型：发明
国别省市：北京;11