用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器及其控制方法技术

一种用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器及其控制方法。逆变器包括主回路、第１编码器、第２编码器、电流检测电路、数字信号处理器、和驱动电路；主回路包括直流电源、滤波电容、９个开关元件及第１、第２电流互感器。本发明专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器及其控制方法能够用一台逆变器同时对两部三相交流电机单独进行控制，由于逆变器中开关元件的数目为９个，比已有技术减少了３个，所以可以降低控制器的体积和驱动电路的数目，并且可以一片数字信号处理器实现脉宽调制信号的输出，因此能够有效降低成本。另外，本逆变器还具有结构设计合理、控制精度高、实用性强等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种逆变器及其控制方法，特别是涉及一种用于双交流电机驱动的三 桥臂九开关逆变器及其控制方法。
技术介绍
诸如轮毂电机驱动的电动车辆、工业机器人、矿山、电力机车等很多工业应用场合 都需要实现二台或四台交流电机的独立控制。交流电机通常是由一个AC供电的DC-AC逆变器来驱动。DC母线电压供给逆变器 而转换成AC电压，用于驱动交流电机的每一相。交流电机一般采用三相结构。微型控制器 或数字信号处理器是用于控制逆变器的典型元件，它们控制逆变器中作为功率器件的开关 元件门极信号来给交流电机施加预定的驱动电压，一般采用脉宽调制(PWM)信号，采用的 开关元件一般为IGBT或M0SFET。当需要单独控制两台交流电机时，目前常用的方法有两 种一种是为每台交流电机单独配置一台逆变器，即使用两台逆变器，其中每台逆变器都是 三桥臂，每个桥臂中包含两个开关元件，总共需要12个开关元件。由于采用两台逆变器时 控制器的体积较大，而且反并联二极管、驱动电路的数目较多，因此成本较高。另外一种方 法是采用一台逆变器同时控制两台交流电机，此时逆变器为六桥臂，每个桥臂中包含两个 开关元件，六桥臂分为两组，每组单独控制一台交流电机，虽然采用这种方法时因逆变器由 两台合并成一台而能够减少逆变器机壳、散热器等部件的数量及成本，并且控制器的体积 有所减小，但由于开关元件的数目并没有变化，而且反并联二极管、驱动电路的数目也未减 少，因此成本仍然较高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够有效降低成本的用于双交流 电机驱动的三桥臂九开关逆变器。为了达到上述目的，本专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器包 括主回路、第1编码器、第2编码器、电流检测电路、数字信号处理器和驱动电路；其中，主 回路由直流电源、滤波电容器、由9个开关元件组成的三相桥臂以及第1、第2电流互感器组 成，其具有两个三相功率输出端口，分别与第1三相电机和第2三相电机相连接；第1、第2 电流互感器分别安装在上述两个三相功率输出端口上，并且其两个输出端口分别与电流检 测电路的两个输入端口相连接，用于分别检测第1三相电机与第2三相电机的运行电流值； 第1编码器和第2编码器分别安装在第1三相电机与第2三相电机的主轴上，其两个输出 端口分别与数字信号处理器的两个输入端口相连接；电流检测电路为第1，第2电流互感器 的输入接口电路，其两个输入端口分别与第1，第2电流互感器相连，两个输出端口分别与 数字信号处理器的两个输入端口相接；数字信号处理器为逆变器的主控制器，其输出端口 直接与驱动电路相连接；驱动电路为开关元件所需的门极驱动电路，连接在数字信号处理 器与主回路之间。所述的主回路包括直流电源、滤波电容、9个开关元件皿^1^、11^、疆^11、丽、皿、 VH、WH以及第1、第2电流互感器；其中滤波电容为功率型滤波电容器，其与直流电源并联后 一起为直流母线提供稳定的直流电压；9个开关元件UL、VL、WL、UM、VM、丽、UH、VH、WH共同 组成三相桥臂，其中开关元件UL、UM、UH串联组成U相桥臂，开关元件VL、VM、VH串联组成 V相桥臂，开关元件WL、WM、WH串联组成W相桥臂，并且U、V、W三相桥臂均直接并联在直流 母线上；第1三相电机的三相绕组分别连接在开关元件UH与UM、VH与VM、WH与丽之间； 第2三相电机的三相绕组分别连接在开关元件UL与UM、VL与VM、WL与丽之间；第1、第2 电流互感器分别安装在主回路上两个三相功率输出端口与第1三相电机和第2三相电机的 连接线上。所述的开关元件UL、VL、WL、UM、VM、WM、UH、VH、WH 均为 IGBT 或 M0SFET 器件。所述的数字信号处理器7的型号为TMS320F28335。所述的第1编码器和第2编码器为光电式脉冲编码器。本专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器的控制方法包括按顺 序进行的下列步骤1)在S1阶段中，首先将数字信号处理器的计数器设置为连续增减计数模式，产生 三角波信号，并偏移为根据时间轴对称的信号作为载波信号，之后进入S2阶段；2)在S2阶段中，先判断载波信号值是否大于零，当载波信号值大于零时进入S3阶 段，否则进入S5阶段；3)在S3阶段中，根据第1参考信号曲线公式求得第1参考信号的当前值，然后进 入S4阶段；4)在S4阶段中，首先将上述第1参考信号的当前值与载波信号的当前值进行比 较，当第1参考信号的当前值大于载波信号的当前值时，开关元件UH、VH、WH的驱动信号有 效，否则为无效，之后进入S7阶段；5)在S5阶段中，根据第2参考信号曲线公式求得第2参考信号的当前值，然后进 入S6阶段；6)在S6阶段中，首先将上述第2参考信号的当前值与载波信号的当前值进行比 较，当第2参考信号的当前值小于载波信号的当前值时，开关元件UL、VL、WL的驱动信号有 效，否则为无效，之后进入S7阶段；7)在S7阶段中，先将开关元件UH、VH、WH的驱动信号与开关元件UL、VL、WL的驱 动信号分别求反，然后将两个求反后的信号进行逻辑“或”运算，所得到的结果即为开关元 件UM、VM、WM的驱动信号。本专利技术提供的能够用 一台逆变器同时对两部三相交流电机单独进行控制，由于逆变器中开关元件的数目为9 个，比已有技术减少了 3个，所以可以降低控制器的体积和驱动电路的数目，并且可以一片 数字信号处理器实现脉宽调制信号的输出，因此能够有效降低成本。另外，本逆变器还具有 结构设计合理、控制精度高、实用性强等优点。附图说明图1为本专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器主回路主要结构示意图。图2为图1示出的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器主回路运行模式示 意图。图3为图2示出的INVl与INV2门极脉宽调制信号生成原理时序图。图4为将图3中的第1载波信号与第2载波信号合并成一个完整的三角波信号时 的载波信号与参考信号波形示意图。图5为本专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器的组成结构示 意图。图6为本专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器所采用的相应 控制方法流程图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限 定本专利技术。图1为本专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器主回路主要结 构示意图。如图1所示，本专利技术提供的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器主回路 主要包括直流电源E、滤波电容C和9个开关元件UL、VL、WL、UM、VM、WM、UH、VH、WH ；其中 滤波电容C为功率型滤波电容器，其与直流电源E并联后一起为直流母线AR提供稳定的直 流电压；9个开关元件皿、￥1^、11^、疆、￥]\1、11、皿、￥!1、1!1均为IGBT或MOSFET器件，共同组成 三相桥臂，其中开关元件UL、UM、UH串联组成U相桥臂，开关元件VL、VM、VH串联组成V相 桥臂，开关元件WL、WM、WH串联组成W相桥臂，并且U、V、W三相桥臂均直接并联在直流母线 AB上；第1三相电机2的三相绕组分别连接在开关元件UH与UM、VH与VM、WH与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器，其特征在于：所述的用于双交流电机驱动的三桥臂九开关逆变器包括：主回路（１）、第１编码器（４）、第２编码器（５）、电流检测电路（６）、数字信号处理器（７）和驱动电路（８）；其中，主回路（１）由直流电源（Ｅ）、滤波电容器（Ｃ）、由９个开关元件（ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ、ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ）组成的三相桥臂以及第１、第２电流互感器（ＣＴ１，ＣＴ２）组成，其具有两个三相功率输出端口，分别与第１三相电机（２）和第２三相电机（３）相连接；第１、第２电流互感器（ＣＴ１，ＣＴ２）分别安装在上述两个三相功率输出端口上，其两个输出端口分别与电流检测电路（６）的两个输入端口相连接，用于分别检测第１三相电机（２）与第２三相电机（３）的运行电流值；第１编码器（４）和第２编码器（５）分别安装在第１三相电机（２）与第２三相电机（３）的主轴上，其两个输出端口分别与数字信号处理器（７）的两个输入端口相连接；电流检测电路（６）为第１，第２电流互感器（ＣＴ１，ＣＴ２）的输入接口电路，其上两个输入端口分别与第１，第２电流互感器（ＣＴ１，ＣＴ２）相连，两个输出端口分别与数字信号处理器（７）的两个输入端口相接；数字信号处理器（７）为逆变器的主控制器，其输出端口直接与驱动电路（８）相连接；驱动电路（８）为开关元件（ＵＬ、ＶＬ、Ｗ　Ｌ、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ、ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ）所需的门极驱动电路，连接在数字信号处理器（７）与主回路（１）之间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雷，窦汝振，王慧波，张勇，杜智明，米彦青，
申请(专利权)人：中国汽车技术研究中心，天津清源电动车辆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]