单级式多端口电机驱动系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种单级式多端口电机驱动系统及控制方法，涉及电机控制技术领域，解决了混合能量源电动汽车经过两级式能量变换，功率密度和能量传输效率降低的技术问题。该系统包括单级式多端口电机驱动器、三相交流电机、第一直流电源、以及第二直流电源；单级式多端口电机驱动器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联在第一直流电源的两端，第二直流电源并联在第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中线的两端；第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂分别与三相交流电机的第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组相连。本发明专利技术可替代两级能量变换电机驱动器，提升混合能量源电动汽车电机驱动系统的功率密度和能量传输效率。输效率。输效率。

【技术实现步骤摘要】
单级式多端口电机驱动系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种单级式多端口电机驱动系统及控制方法。

技术介绍

[0002]发展混合能量源电动汽车已成为解决能源危机和环境污染的重要途径，当前的混合能量源电动汽车动力系统以纯电动系统为主，然而纯电动车由于续航低、充电时间长的问题制约了发展，选择混合能量源电动汽车电机驱动系统使多个能量源协同工作，是一种有效的解决方案。
[0003]目前混合能量源电动汽车电机驱动系统的电机驱动器多为两级式，即电源系统经过DC
‑
DC变换器，DC
‑
AC逆变器后，实现电机的驱动。这样的结构存在一些弊端：一是DC
‑
DC变换器中笨重的电力滤波器增加了系统重量和体积，降低了系统的功率密度；二是电源系统和电动机之间能量流动都需要两次能量变换，降低了能量传输效率，亟需一种新的单级式多端口电机驱动系统。
[0004]在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0005]混合能量源电动汽车需经过DC/DC变换器和DC/AC逆变器两级式能量变换，导致系统的功率密度和能量传输效率降低，难以适应发展需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种单级式多端口电机驱动系统及控制方法，以解决现有技术中存在的混合能量源电动汽车需经过DC/DC变换器和DC/AC逆变器两级式能量变换，导致系统的功率密度和能量传输效率降低，难以适应发展需要的技术问题。本专利技术提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]一种单级式多端口电机驱动系统，用于对多个能量源驱动的电机系统进行驱动，包括单级式多端口电机驱动器、三相交流电机、第一直流电源、以及第二直流电源；所述单级式多端口电机驱动器由二极管箝位型三电平改进得到；所述三相交流电机包括第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组；所述单级式多端口电机驱动器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联在所述第一直流电源的两端，所述第二直流电源并联在所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中线的两端；所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂分别与所述第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组相连。
[0009]可选地，所述第一桥臂包括第一开关管S
a1
、第二开关管S
a2
、第三开关管S
a3
、第四开关管S
a4
、第一二极管D1与第二二极管D2，所述第二桥臂包括第五开关管S
b1
、第六开关管S
b2
、第七开关管S
b3
、第八开关管S
b4
、第三二极管D3与第四二极管D4，所述第三桥臂包括第九开关管S
c1
、第十开关管S
c2
、第十一开关管S
c3
、第十二开关管S
c4
、第五二极管D5与第六二极管D6；所述第一开关管S
a1
的集电极、所述第五开关管S
b1
的集电极、所述第九开关管S
c1
的集电极均
与所述第一直流电源的正极端连接；所述第四开关管S
a4
的发射极、所述第八开关管S
b4
的发射极、所述第十二开关管S
c4
的发射极均与所述第一直流电源的负极端连接；所述第一二极管D1的负极、所述第三二极管D3的负极、所述第五二极管D5的负极分别与所述第一开关管S
a1
的发射极、所述第五开关管S
b1
的发射极、所述第九开关管S
c1
的发射极连接；所述第二二极管D2的正极、所述第四二极管D4的正极、所述第六二极管D6的正极分别与所述第四开关管S
a4
的集电极、所述第八开关管S
b4
的集电极、所述第十二开关管S
c4
的集电极连接；第一二极管D1的正极、所述第三二极管D3的正极、所述第五二极管D5的正极分别与所述第二二极管D2的负极、所述第四二极管D4的负极、所述第六二极管D6的负极连接，且均与所述第二直流电源的正极端连接；所述第四开关管S
a4
的发射极、所述第八开关管S
b4
的发射极、所述第十二开关管S
c4
的发射极与所述第二直流电源的负极端连接；所述第二开关管S
a2
的发射极与所述第三开关管S
a3
的集电极、所述第一定子绕组的一端均连接，所述第六开关管S
b2
的发射极与所述第七开关管S
b3
的集电极、所述第二定子绕组的一端均连接，所述第十开关管S
c2
的发射极与所述第十一开关管S
c3
的集电极、所述第三定子绕组的一端均连接。
[0010]可选地，所述单级式多端口电机驱动系统还包括电机控制器，所述电机控制器包括电流采样模块、位置编码模块、速度计算模块、T1坐标变换单元、转速PI控制模块、d轴PI控制模块、q轴PI控制模块、T2和T3坐标变换单元、第一差运算单元、第二差运算单元、以及第三差运算单元；所述电流采样模块的输入端连接在所述单级式多端口电机驱动器、三相交流电机之间；所述位置编码模块的输入端与所述三相交流电机连接，输出端与所述速度计算模块、T1坐标变换单元、T2和T3坐标变换单元、以及功率控制模块的输入端连接；所述速度计算模块的输出端通过所述第一差运算单元与所述转速PI控制模块的输入端连接；所述转速PI控制模块的输出端通过所述第二差运算单元与所述q轴PI控制模块的输入端连接；所述d轴PI控制模块的输入端连接所述第三差运算单元，输出端与所述T2和T3坐标变换单元的输入端连接；所述q轴PI控制模块的输入端连接所述第二差运算单元，输出端与所述T2和T3坐标变换单元的输入端连接。
[0011]可选地，所述单级式多端口电机驱动系统还包括功率控制模块，所述功率控制模块与所述T2和T3坐标变换单元的输出端连接，所述功率控制模块包括功率PI控制模块、k值限幅单元、零序电压注入单元、PWM产生电路、以及第四差运算单元；所述功率PI控制模块的输入端连接所述第四差运算单元；所述k值限幅单元的输入端与所述功率PI控制模块的输出端连接；所述零序电压注入单元的输入端与所述k值限幅单元的输出端连接；所述PWM产生电路的输入端与所述零序电压注入单元的输出端连接，输出端与所述单级式多端口电机驱动器连接。
[0012]可选地，所述三相交流电机为感应电机或永磁同步电机，所述单级式多端口电机驱动器的开关管均为IGBT。
[0013]一种单级式多端口电机驱动控制方法，通过以上任一项所述的一种单级式多端口电机驱动系统运行，包括以下步骤：
[0014]S100：将所述三相交流电机在旋转坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单级式多端口电机驱动系统，其特征在于，用于对多个能量源驱动的电机系统进行驱动，包括单级式多端口电机驱动器、三相交流电机、第一直流电源、以及第二直流电源；所述单级式多端口电机驱动器由二极管箝位型三电平改进得到；所述三相交流电机包括第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组；所述单级式多端口电机驱动器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联在所述第一直流电源的两端，所述第二直流电源并联在所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中线的两端；所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂分别与所述第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组相连。2.根据权利要求1所述的一种单级式多端口电机驱动系统，其特征在于，所述第一桥臂包括第一开关管S
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、第二开关管S
a2
、第三开关管S
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、第四开关管S
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、第一二极管D1与第二二极管D2，所述第二桥臂包括第五开关管S
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、第六开关管S
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、第七开关管S
b3
、第八开关管S
b4
、第三二极管D3与第四二极管D4，所述第三桥臂包括第九开关管S
c1
、第十开关管S
c2
、第十一开关管S
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、第十二开关管S
c4
、第五二极管D5与第六二极管D6；所述第一开关管S
a1
的集电极、所述第五开关管S
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的集电极、所述第九开关管S
c1
的集电极均与所述第一直流电源的正极端连接；所述第四开关管S
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的发射极、所述第八开关管S
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的发射极、所述第十二开关管S
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的发射极均与所述第一直流电源的负极端连接；所述第一二极管D1的负极、所述第三二极管D3的负极、所述第五二极管D5的负极分别与所述第一开关管S
a1
的发射极、所述第五开关管S
b1
的发射极、所述第九开关管S
c1
的发射极连接；所述第二二极管D2的正极、所述第四二极管D4的正极、所述第六二极管D6的正极分别与所述第四开关管S
a4
的集电极、所述第八开关管S
b4
的集电极、所述第十二开关管S
c4
的集电极连接；第一二极管D1的正极、所述第三二极管D3的正极、所述第五二极管D5的正极分别与所述第二二极管D2的负极、所述第四二极管D4的负极、所述第六二极管D6的负极连接，且均与所述第二直流电源的正极端连接；所述第四开关管S
a4
的发射极、所述第八开关管S
b4
的发射极、所述第十二开关管S
c4
的发射极与所述第二直流电源的负极端连接；所述第二开关管S
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的发射极与所述第三开关管S
a3
的集电极、所述第一定子绕组的一端均连接，所述第六开关管S
b2
的发射极与所述第七开关管S
b3
的集电极、所述第二定子绕组的一端均连接，所述第十开关管S
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的发射极与所述第十一开关管S
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的集电极、所述第三定子绕组的一端均连接。3.根据权利要求1所述的一种单级式多端口电机驱动系统，其特征在于，所述单级式多端口电机驱动系统还包括电机控制器，所述电机控制器包括电流采样模块、位置编码模块、速度计算模块、T1坐标变换单元、转速PI控制模块、d轴PI控制模块、q轴PI控制模块、T2和T3坐标变换单元、第一差运算单元、第二差运算单元、以及第三差运算单元；所述电流采样模块的输入端连接在所述单级式多端口电机驱动器、三相交流电机之间；所述位置编码模块的输入端与所述三相交流电机连接，输出端与所述速度计算模块、T1坐标变换单元、T2和T3坐标变换单元、以及功率控制模块的输入端连接；所述速度计算模块的输出端通过所述第一差运算单元与所述转速PI控制模块的输入端连接；所述转速PI控制模块的输出端通过所述第二差运算单元与所述q轴PI控制模块的输入端连接；所述d轴PI控制模块的输入端连接所述第三差运算单元，输出端与所述T2和T3坐标变换单元的输入端连接；所述q轴PI控制模块的输入端连接所述第二差运算单元，输出端与所述T2和T3坐标变换单元的输入端连接。4.根据权利要求1所述的一种单级式多端口电机驱动系统，其特征在于，所述单级式多端口电机驱动系统还包括功率控制模块，所述功率控制模块与所述T2和T3坐标变换单元的
输出端连接，所述功率控制模块包括功率PI控制模块、k值限幅单元、零序电压注入单元、PWM产生电路、以及第四差运算单元；所述功率PI控制模块的输入端连接所述第四差运算单元；所述k值限幅单元的输入端与所述功率PI控制模块的输出端连接；所述零序电压注入单元的输入端与所述k值限幅单元的输出端连接；所述PWM产生电路的输入端与所述零序电压注入单元的输出端连接，输出端与所述单级式多端口电机驱动器连接。5.根据权利要求1所述的一种单级式多端口电机驱动系统，其特征在于，所述三相交流电机为感应电机或永磁同步电机，所述单级式多端口电机驱动器的开关管均为IGBT。6.一种单级式多端口电机驱动控制方法，其特征在于，通过权利要求1
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5任一项所述的一种单级式多端口电机驱动系统运行，包括以下步骤：S100：将所述三相交流电机在旋转坐标系下的电压变换为静止坐标系下的参考电压；S200：根据所述单级式多端口电机驱动器的特征设计约束条件，将所述参考电压变换为自然坐标系下的三相参考电压，所述三相参考电压通过功率PI控制模块输出控制参数k，根据所述约束条件获得所述控制参数k的取值范围，通过所述控制参数k将所述三相参考电压分成两个部分，分别送入所述单级式多端口电机驱动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：周德洪，陈秋羽，沈泽微，邹见效，
申请(专利权)人：电子科技大学深圳高等研究院，
类型：发明
国别省市：