基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器及其控制系统，属于电力电子领域。本发明专利技术能正确反映开绕组电机全部六个端口的特性，在传统星接电机模拟的基础上，采用三组共直流母线的全桥拓扑构成模拟器变换器，以端口差模电压作为每一相的输入，配合差模电流的闭环控制，完成对零序特性的模拟，满足开绕组电机驱动系统测试需求，拓展了电机模拟器的应用范围；本发明专利技术在每一相分别配置单相共模抑制电抗器，实现每一相两个支路上的高频共模电流的抑制；通过增加共模电流闭环控制并配合带共模电压的调制方法，实现每一相的低频共模电流的抑制。最终使得每一相两个支路上的电流等大反向，满足了电流连续原则，能够真实反映开绕组电机的特性。开绕组电机的特性。开绕组电机的特性。

【技术实现步骤摘要】
基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器及其控制系统


[0001]本专利技术属于电力电子
，更具体地，涉及一种基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器及其控制系统。

技术介绍

[0002]传统的电机驱动系统的设计和测试需要依赖于电机本体和电机对拖平台的搭建，这样的电机台架测试平台往往受到许多因素的限制：其功率等级需要与电机驱动器相匹配，对于大功率电机驱动器的测试，一台大功率旋转电机是无法通过一台小功率电机进行“缩比”等效替代的，电机惯性、阻感比与电机质量、体积直接相关；且由于其是一个旋转机械设备，其转速受到实际安装条件的限制，这样的一套旋转机械非常笨重，安装和维护要求高，且需要占用较大的空间，往往还需要配备额外的设施以保证测试安全。除此之外，实际电机一旦出厂，其本体参数便基本固定，不易调节，不同的电驱控制器需要外带不同的电机负载进行实验，而电机对拖平台不具有泛用性，为了针对某一个电机驱动系统进行测试需要进行专门的设计，也就造成了较高的测试成本，延缓电机驱动系统的开发进度。经常出现电机驱动系统开发完成待测试的时候，电机及其测试平台还没有到位的情况，对工程和研发带来了进度的延迟。由于以上这些原因，电机模拟器作为一种新兴的测试技术，开始被逐渐应用于对电机驱动系统的测试。电机模拟器利用实时仿真器对电机的物理模型进行实时计算，用功率放大器与待测电机驱动器相连，通过功率接口和控制算法的配合，实时模拟出电机的端口特性。电机模拟器具有灵活度高，成本低，无旋转部件，能量损耗低，安全可靠等多方面的优势。
[0003]在交流调速系统中，为了获得更宽的调速范围，常常采用将电机绕组打开，两侧连接逆变器的方法，构成开绕组电机系统。由于电机的端口数量翻倍，其控制自由度更高，极大的增强了其容错性能和灵活性。然而，现有的电机模拟器主要针对绕组星接交流电机，无法完成对开绕组电机特性的模拟，亟需针对开绕组电机的端口特性设计电机模拟器，以拓展电机模拟器的应用范围。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器及其控制系统，其目的在于模拟开绕电机的端口特性，对开绕组电机的驱动系统进行测试。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器，，包括：模拟器变换器、连接电感、单相共模抑制电抗器、零序抑制电抗器、直流稳压电容和模拟器控制系统；
[0006]模拟器变换器的每一相分别连接一个单相共模抑制电抗器和两个连接电感；模拟器变换器的直流侧并联直流稳压电容，并通过零序抑制电抗器与待测试的开绕组电机驱动变频器的直流侧连接，实现能量的回馈；
[0007]所述模拟器控制系统，用于检测电机模拟器的六个端口的电压、电流信号，向待测试的电机驱动控制器发出转速和位置信息，执行电机模拟算法，并向模拟器变换器发出PWM脉冲；
[0008]所述模拟器变换器，用于根据模拟器控制系统的指令电压进行功率放大；
[0009]单相共模抑制电抗器，用于抑制每一相的高频共模电流；
[0010]零序抑制电抗器，用于抑制由能量回馈通路引入的高频零序环流；
[0011]直流稳压电容，用于稳定模拟器变换器的直流侧电压。
[0012]进一步地，所述模拟器变换器由三相全桥逆变器构成。
[0013]进一步地，所述模拟器控制系统包括：六路电压采样模块，用于分别采集待测试的开绕组电机驱动变频器的六个端口相对于直流母线中点的电压；
[0014]六路电流采样模块，用于分别采集模拟器变换器六个交流侧端口上的电流；
[0015]实时数字信号处理器，用于对开绕组电机模型进行实时计算，执行电流控制算法，向PWM模块输出占空比指令；
[0016]六路PWM模块，用于接收实时数字信号处理器发出的占空比指令，调制并向模拟器变换器发出12路脉冲信号。
[0017]按照本专利技术的另一方面提供了一种上述基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器的控制系统，包括：
[0018]采样计算环节，用于根据采样得到的六路电压和六路电流信号计算每一相的共模电压、差模电压、共模输出电流和差模环流，并将三相差模电压、三相差模环流变换到dq0坐标系下；
[0019]电机模型计算环节，用于接收三相差模电压的dq0分量，实时对开绕组电机的等效电路模型进行计算，生成dq0坐标系下的参考电流，并根据参考电流和电机机械模型计算转子转速和电机转子电角度；
[0020]电流控制环节，用于接收三相共模电压、三相共模输出电流、三相差模环流的dq0分量、三相差模电压的dq0分量、dq0坐标系下的参考电流、电机转子电角度和转子转速，并执行电流控制算法，生成六路占空比指令；
[0021]调制环节，用于接收六路占空比指令，与统一的载波进行比较，生成12路脉冲，传递给模拟器变换器。
[0022]进一步地，共模电压，差模电压，共模输出电流和差模环流的计算公式分别为：
[0023][0024]v
DM,i
＝v
1,i
‑
v
2,i
,
[0025]i
CM,i
＝i
1,i
+i
2,i
[0026][0027]其中，i＝a,b,c，v
1,i
和v
2,i
分别是每一相两个端口上的电压，下标1表示一号端口，下标2表示二号端口，v
CM,i
是其共模电压，v
DM,i
是其差模电压；i
1,i
和i
2,i
分别是每一相两个支路上的电流，i
CM,i
是其共模输出电流，i
DM,i
是其差模环流。
[0028]进一步地，电机模型计算环节中开绕组电机的等效电路模型包括d轴电压方程、q
轴电压方程和零序电压方程，其中零序电压方程中包括三次谐波磁链产生的零序反电动势；开绕组电机的转矩方程包括由零序电流和三次谐波反电动势造成的转矩脉动。
[0029]进一步地，所述电流控制环节包括：三相差模电流控制子环节，用于将三相差模环流的dq0分量与dq0坐标系下的参考电流对应作差，d轴和q轴分量的差值经过PI控制器进行运算，0轴分量的差值经过准谐振控制器进行运算，PI控制器和准谐振控制器运算的结果根据电机转子电角度变换回abc坐标下，得到三相差模参考电压；
[0030]三相共模环流抑制环节，用于将三相共模输出电流分别与0进行作差，差值经PI控制器运算后，得到三相共模参考电压；
[0031]占空比计算环节，用于接收三相差模参考电压和三相共模参考电压，计算并生成六路占空比信号，其计算公式为：
[0032][0033][0034]其中，和分别为每一相的一号端口和二号端口对应的桥臂的占空比指令，是每一相的共模参考电压，是每一相的差模参考电压，V
DC
是直流母线电压。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器，其特征在于，包括：模拟器变换器(4)、连接电感(5)、单相共模抑制电抗器(6)、零序抑制电抗器(7)、直流稳压电容(8)和模拟器控制系统(9)；模拟器变换器的每一相分别连接一个单相共模抑制电抗器和两个连接电感；模拟器变换器的直流侧并联直流稳压电容，并通过零序抑制电抗器与待测试的开绕组电机驱动变频器的直流侧连接，实现能量的回馈；所述模拟器控制系统，用于检测电机模拟器的六个端口的电压、电流信号，向待测试的电机驱动控制器发出转速和位置信息，执行电机模拟算法，并向模拟器变换器发出PWM脉冲；所述模拟器变换器，用于根据模拟器控制系统的指令电压进行功率放大；单相共模抑制电抗器，用于抑制每一相的高频共模电流；零序抑制电抗器，用于抑制由能量回馈通路引入的高频零序环流；直流稳压电容，用于稳定模拟器变换器的直流侧电压。2.根据权利要求1所述的一种基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器，其特征在于，所述模拟器变换器由三相全桥逆变器构成。3.根据权利要求1所述的一种基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器，其特征在于，所述模拟器控制系统包括：六路电压采样模块，用于分别采集待测试的开绕组电机驱动变频器的六个端口相对于直流母线中点的电压；六路电流采样模块，用于分别采集模拟器变换器六个交流侧端口上的电流；实时数字信号处理器，用于对开绕组电机模型进行实时计算，执行电流控制算法，向PWM模块输出占空比指令；六路PWM模块，用于接收实时数字信号处理器发出的占空比指令，调制并向模拟器变换器发出12路脉冲信号。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述基于电力电子变换器的开绕组电机模拟器的控制系统，其特征在于，包括：采样计算环节，用于根据采样得到的六路电压和六路电流信号计算每一相的共模电压、差模电压、共模输出电流和差模环流，并将三相差模电压、三相差模环流变换到dq0坐标系下；电机模型计算环节，用于接收三相差模电压的dq0分量，实时对开绕组电机的等效电路模型进行计算，生成dq0坐标系下的参考电流，并根据参考电流和电机机械模型计算转子转速和电机转子电角度；电流控制环节，用于接收三相共模电压、三相共模输出电流、三相差模环流的dq0分量、三相差模电压的dq0分量、dq0坐标系下的参考电流、电机转子电角度和转子转速，并执行电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋栋，谢元浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：