阻抗型五桥臂变换器双电机驱动系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种电机驱动系统，尤其是一种阻抗型五桥臂变换器双电机驱动系统。该系统由五桥臂变换器、阻抗环节、电源侧直流母线功率开关器件、电源和永磁交流电机组成，采用简单易实现的解耦算法控制五桥臂变换器驱动两台电机，通过电源侧直流母线功率开关器件、阻抗环节与五桥臂变换器功率开关器件的配合，控制变换器直流母线电压，可以实现电机额定转速以上的扩速运行，也能够实现由电机至电源的能量回馈过程。本系统的优点在于：不存在变换器同一桥臂两个功率开关器件“直通”的短路危险；一台变换器可以独立驱动两台电机，节省了变换器成本；电机侧直流母线电压能可控升高，有助于解决永磁交流电机“弱磁扩速”难题。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电机驱动系统，尤其是一种阻抗型五桥臂变换器双电机驱动 系统。
技术介绍
四轮独立驱动是电动汽车的未来发展方向，通过在四个车轮内各安装一台电机构 成动力分散结构，具备如下好处可取消差速器、变速箱等传统机械传动部件，节省安装空 间、提高传动效率；电机的高动态转矩响应可提高车辆的动力性；车辆可控性更好，可零半 径转向，并提高在恶劣路面下的行驶能力；当部分电机系统发生故障时，车辆仍具备运行能 力，可靠性更高。目前，永磁无刷电机已经成为主流的车用轮毂电机类型，与其匹配的变换器普遍 采用技术相对成熟的三臂电压型结构，四台电机需要各自匹配独立的变换器。但是上述 电动汽车电机系统存在着一些不足，一是电压型变换器存在“直通”的危险，一旦因电磁干 扰等因素使得同一桥臂上的两功率开关器件同时导通，短路形成的大电流会严重损坏变换 器；二是四台变换器所需功率开关器件多达24个，使得系统成本较高；三是永磁交流电机 实现弱磁扩速比较困难。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有四轮独立驱动电动汽车电机系统的不足，提供一 种阻抗型五桥臂变换器双电机系统。该系统采用五桥臂变换器、阻抗环节、电源侧直流母线 功率开关器件、电源和永磁交流电机相结合的结构，应用五桥臂变换器驱动两台电机，通过 电源侧直流母线功率开关器件、阻抗环节与五桥臂变换器功率开关器件的配合，控制变换 器直流母线电压，可以实现电机额定转速以上的扩速运行，也能够实现由电机至电源的能 量回馈过程。为了实现上述目的，本技术采取了如下技术方案。本技术装置包括电源 1、电源侧直流母线功率开关器件2、阻抗环节3、五桥臂变换器4、永磁交流电机环节5、处理 器8和信号检测电路，所述的永磁交流电机环节5包括第一永磁交流电机1-1和第二永磁 交流电机1-2，所述的信号检测电路包括第一信号检测电路2-1、第二信号检测电路2-2和 第三信号检测电路，其中电源依次通过电源侧直流母线功率开关器件2和阻抗环节3与五 桥臂变换器4的输入端相连，五桥臂变换器4的输出端同时与第一永磁交流电机1-1和第 二永磁交流电机1-2相连，第一永磁交流电机1-1通过第一信号检测电路2-1与处理器相 连，第二永磁交流电机1-2通过第二信号检测电路2-2与处理器相连，五桥臂变换器4与处 理器相连。阻抗环节3由电感L1、L2及电容C1、C2连接构成，阻抗环节3、五桥臂变换器4 一 起构成了具有升降压特性的功率变换器，由该功率变换器给双永磁交流电机供电。本技术所述的控制方法的特征在于是一种通过协调11个功率开关器件的工作状态调节直流母线电压，进而同时独立控制两台永磁交流电机，并能够实现电能由电 机可控回馈至电源的方法。(1)采用具有高电压利用率的空间电压矢量调制方法控制永磁交流电机。(2)通过简单运算实现复用公共臂的两台电机的转矩解耦控制。(3)充分利用零电压矢量，使用直通零电压矢量代替零电压矢量，配合阻抗环节来 提高直流母线电压。(4)通过阻抗环节与功率开关器件的配合，可控制电机回馈发电时的电源侧电压。具体控制方法如下所述的五桥臂变换器双电机系统电动控制方法包括以下步骤1)第一信号检测电路2-1检测第一永磁交流电机1-1的转速《工并将其传送给处 理器8，第二信号检测电路2-2检测第二永磁交流电机1-2的转速《 2并将其传送给处理器8，在处理器8内，对(0工与给定转速求偏差后经过速度PI调节模块8-1得出第一永磁交流电机1-1的q轴给定电流,对《2与给定转速历2求偏差后经过相速度PI调节模块8-2 得出第二永磁交流电机1-2的q轴给定电流广12 2)第一信号检测电路2-1检测第一永磁交流电机1-1的定子绕组线电流信号ial、 ibl和转子转角e工，然后经第一 3/2变换模块5-1进行坐标变换得到第一永磁交流电机1-1的dq坐标系下的电流分量 子绕组线电流信号ia2、Iql、Idl；第二信号检测电路2-2检测第二永磁交流电机1-2的定ib2和转子转角e2，然后经过第 得到第二永磁交流电机1-2的dq坐标系下的电流分量-q23/2变换模块5-2进行坐标变换 、id2，具体变换方法如下 3)给定电流i/与步骤2)中得到的电流idl做差经过第一直轴电流PI调节模块 10-1得到第一直轴电压给定^^ ；给定电流与步骤2)中得到的电流id2做差经过第二直 轴电流PI调节模块10-2得到第二直轴电压给定；4)给定电流、*与步骤2)中得到的电流‘做差经过第一交轴电流PI调节模块9-1得第一交轴电压给定Uql* ；给定电流i。/与步骤2)中得到的电流ia2做差经过第二交轴Lq2q2电流PI调节模块9-2得第二交轴电压给定Uq/。 5)第一直轴电压给定f/^和第一交轴电压给定U/经过第一 Park逆变换模块6_1 得到两相静止坐标下的第一电压Uai和uM ；第二直轴电压给定f/〗2和第二交轴电压给定uq/ 经过第二 Park逆变换模块6-2得到两相静止坐标下的第二电压Ua2和U02，具体计算方法如下 臂变换器4的上桥臂导通用02输入给五桥臂SVM模块7，规定五桥1”表示，下桥臂导通用“0”表示，空间矢量的输出信号用-PWM周期中上桥臂的开通时间占空比S来表示，则五桥臂SVM模块算法如下由Ual、UM经过传统电压空间矢量算法得到第一永磁交流电机1-1标准3桥臂变 换器第一上桥臂的导通时间Sal、第二上桥臂的导通时间Sbl、第三上桥臂的导通时间5。1; 由Ua2、U02经过传统电压空间矢量算法得到第二永磁交流电机1-2标准3桥臂变换器第一 上桥臂的的导通时间Sa2、第二上桥臂的导通时间Sb2、第三上桥臂的导通时间8c2;为了复用公共第三桥臂，又能独立控制两台电机，做如下运算来实现复用解耦的 控制6A = 6 al+ 6 c2, 6 B = 6bl+6c2, 6C = 6 cl+ 6 c2, 6 D = 6a2+6cl, 6E = 6 b2+ 6 cl。其中8,表示五桥臂变换器的第一上桥臂导通时间，SB表示第二上桥臂导通时 间，Se表示第三上桥臂导通时间，SD表示第四上桥臂导通时间，SE表示第五上桥臂导通 时间。对S A S E的计算作如下修正5 a = 6 ,+ 6 c9-0. 5, 8 R = 6 ,,+ 6 c9-0. 5, 8 r = 6 , + 6 c9~0. 5, 8 n =8a2+6H-0. 5,cl6 E = 6b2+6 cl-0. 5经过运算后的上桥臂导通时间的占空比SA、SB、Sc、SD、SE经过处理器8处理 输出开关的控制信号Sa、sb、s。、sd、se ；其中Sa表示五桥臂变换器的第一桥臂开关信号，Sb表示第二桥臂开关信号，S。表 示第三桥臂开关信号，Sd表示第四桥臂开关信号，se表示第五桥臂开关信号；7)规定直流母线开关2的控制信号Sf为“off”时表示直流母线开关2关断，Sf 为“on”时表示直流母线开关2导通；由Sa、Sb、S。、Sd、Se相加，判断是否等于5或0，若等于 5或0，则表示此时为零矢量插入的时间，处理器8使直流母线开关2的控制信号Sf此时为 “off ”，把原零矢量改为上下桥臂导通的直通矢量，此时按零矢量的占空比成比例的提升直 流母线电压；若不等于5或0，则处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
阻抗型五桥臂变换器双电机驱动系统，其特征在于：包括电源（１）、电源侧直流母线功率开关器件（２）、阻抗环节（３）、五桥臂变换器（４）、永磁交流电机环节（５）、处理器（８）和信号检测电路，所述的永磁交流电机环节（５）包括第一永磁交流电机（１－１）和第二永磁交流电机（１－２），所述的信号检测电路包括第一信号检测电路（２－１）、第二信号检测电路（２－２）和第三信号检测电路（２－３），其中：电源依次通过电源侧直流母线功率开关器件（２）和阻抗环节（３）与五桥臂变换器（４）的输入端相连，五桥臂变换器（４）的输出端同时与第一永磁交流电机（１－１）和第二永磁交流电机（１－２）相连，第一永磁交流电机（１－１）通过第一信号检测电路（２－１）与处理器相连，第二永磁交流电机（１－２）通过第二信号检测电路（２－２）与处理器相连，五桥臂变换器（４）通过第三信号检测电路与处理器相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许家群，于冬宁，阎宝光，余枫，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]