專利名稱：轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其電流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其電流協(xié)調(diào)控制方法，屬 于同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的電驅(qū)動系統(tǒng)依據(jù)驅(qū)動電機(jī)的類型不同主要分為直流電 機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)四大類。直流電機(jī) 驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)勢在于直流電機(jī)的成熟性和其控制的簡單，其電刷、換向器和滑環(huán)易磨損，可 靠性低，轉(zhuǎn)子電樞的結(jié)構(gòu)限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。異步電機(jī)中籠型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子堅固，結(jié)構(gòu)簡 單，成本低廉，調(diào)速范圍寬，高速運行時效率較高；異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的最大缺點是控制復(fù) 雜，整個系統(tǒng)成本高。磁阻電機(jī)的定轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，運行可靠，維護(hù) 容易，但其效率不甚理想并且轉(zhuǎn)矩脈動較大。永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的效率和功率密度較高， 結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，相比永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動更 小。無論是永磁無刷直流電機(jī)還是永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，由于電機(jī)內(nèi)部為永磁勵磁，氣隙 磁場調(diào)節(jié)困難，特別是高速運行時，電機(jī)內(nèi)弱磁控制復(fù)雜，恒功率區(qū)范圍小?；旌蟿畲烹姍C(jī)內(nèi)部存在兩個磁勢源，電機(jī)氣隙磁場由永磁體和通電的電勵磁繞組 共同建立。在繼承永磁電機(jī)高功率密度和高效率的優(yōu)點的同時，又具備了電勵磁電機(jī)的氣 隙磁通易于控制的特點。目前國內(nèi)外針對混合勵磁同步電機(jī)的驅(qū)動控制方法主要有兩種第一種方案是采 用類似永磁無刷直流電機(jī)的控制方法，主要是針對混合勵磁爪極電機(jī)提出的，該方案要求 電機(jī)的反電勢波形為方波，轉(zhuǎn)矩脈動較大，而且混合勵磁爪極電機(jī)的漏磁通較大、功率密度 偏低；第二種方案主要針對轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁同步電機(jī)提出，采用永磁同步電機(jī)的 矢量控制方法和分區(qū)控制策略，低速時系統(tǒng)處于增磁運行狀態(tài)，高速時系統(tǒng)弱磁運行，氣隙 磁場雙向調(diào)節(jié)控制，另外，該類電機(jī)和現(xiàn)有的混合勵磁同步電機(jī)一樣，定子存在軸向磁路， 機(jī)殼必須導(dǎo)磁?；旌蟿畲磐诫姍C(jī)結(jié)構(gòu)上的特殊性，特別是電磁場分布的典型三維特性，使 其工作運行原理與傳統(tǒng)電機(jī)有很大區(qū)別，必須尋求適合于混合勵磁同步電機(jī)的高效驅(qū)動控 制系統(tǒng)及其控制方法，最終與混合勵磁電機(jī)一道構(gòu)成高性能的電驅(qū)動系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)(授權(quán)發(fā)明專利號ZL. 200510095465. 0)是直接利 用轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁體實現(xiàn)軸向磁分路，與現(xiàn)有混合勵磁同步電機(jī)普遍采用定子導(dǎo)磁機(jī)殼實現(xiàn)軸向 磁路完全不同，結(jié)構(gòu)簡單可靠，氣隙磁通調(diào)節(jié)方便，調(diào)節(jié)范圍寬。轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步 電機(jī)中不僅存在電樞繞組，也存在電勵磁繞組，驅(qū)動系統(tǒng)需要對電樞繞組的電樞電流和電 勵磁繞組的勵磁電流進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，才能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)高效運行，因此，提出轉(zhuǎn)子磁分路混 合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其電流協(xié)調(diào)控制方法具有重要的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對電動汽車、飛機(jī)等高性能驅(qū)動系統(tǒng)提供一種低速大轉(zhuǎn)矩輸出、
4高速恒功率范圍寬的轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其電流控制方法。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電 機(jī)、位置傳感器、三個電流傳感器、母線電容、主功率變換電路、勵磁功率變換電路、相電流 檢測調(diào)理電路、勵磁電流檢測調(diào)理電路、位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路、主功率控制信號驅(qū)動放大 隔離電路、勵磁功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路、DC/DC變換電路和數(shù)字信號處理器，其中 外部低壓直流電源作為輔助電源并與勵磁功率變換電路和DC/DC變換電路的電源輸入端 相連，DC/DC變換電路的輸出端分別接相電流檢測調(diào)理電路、勵磁電流檢測調(diào)理電路、位置 轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路、主功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路、勵磁功率控制信號驅(qū)動放大隔離 電路和數(shù)字信號處理器的電源輸入端，勵磁功率變換電路的輸出端分別接轉(zhuǎn)子磁分路混合 勵磁同步電機(jī)電勵磁繞組的兩端，轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)電勵磁繞組的一端設(shè)置第 一電流傳感器，第一電流傳感器的輸出端經(jīng)過勵磁電流檢測調(diào)理電路后接數(shù)字信號處理器 的勵磁電流信號輸入端，外部大功率高壓直流電源作為主電源，主電源的輸出端經(jīng)母線電 容濾波后接主功率變換電路的電源輸入端，主功率變換電路的三相輸出端接轉(zhuǎn)子磁分路混 合勵磁同步電機(jī)的三相電樞繞組輸入端，在主功率變換電路的三相輸出端的任意兩端設(shè)置 第二電流傳感器和第三電流傳感器，第二電流傳感器和第三電流傳感器的輸出端分別經(jīng)過 相電流檢測電流調(diào)理電路后接數(shù)字信號處理器的相電流信號輸入端，在轉(zhuǎn)子磁分路混合勵 磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置位置傳感器，位置傳感器輸出端經(jīng)位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路接數(shù) 字信號處理器位置轉(zhuǎn)速信號輸入端，數(shù)字信號處理器輸出主功率控制信號和勵磁功率控制 信號兩類控制信號，其中主功率控制信號輸出端經(jīng)主功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路接主 功率變換電路的控制信號輸入端，另外勵磁功率控制信號輸出端經(jīng)勵磁功率控制信號驅(qū)動 放大隔離電路接勵磁功率變換電路的控制信號輸入端。勵磁功率變換電路為單向勵磁控制電路，包括二極管、穩(wěn)壓二極管和兩個功率開 關(guān)管，以輔助電源作為勵磁電源，電勵磁繞組輸入端的正端接穩(wěn)壓二極管的陽極和第一功 率開關(guān)管的漏極，二極管的陰極與第一功率開關(guān)管的源極、穩(wěn)壓二極管的陰極相連后接勵 磁電源的正端，電勵磁繞組輸入端的負(fù)端接二極管的陽極和第二功率開關(guān)管的源極，第二 功率開關(guān)管的漏極接勵磁電源的負(fù)端；正常工作時，第一功率開關(guān)管一直處于開通狀態(tài)，第 二功率開關(guān)管斬波控制，發(fā)生故障時，第一功率開關(guān)管和第二功率開關(guān)管均關(guān)斷，由電勵磁 繞組、二極管和穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的回路實現(xiàn)快速滅磁。轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電流協(xié)調(diào)控制方法當(dāng)位置傳感器檢測 到電機(jī)轉(zhuǎn)速低于基速時，施加最大恒定勵磁電流，使得電機(jī)氣隙磁場最強，通過勵磁電流單 閉環(huán)控制方法實現(xiàn)，具體方法是根據(jù)給定的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速計算出該最大恒定勵磁電流值；將反 饋勵磁電流和勵磁電流給定值比較后經(jīng)第一調(diào)節(jié)器進(jìn)行計算后輸出占空比的值，數(shù)字信號 處理器根據(jù)占空比大小輸出PWM波控制勵磁功率變換電路中的功率開關(guān)管；在當(dāng)前轉(zhuǎn)子磁 分路混合勵磁同步電機(jī)處于增磁運行的狀態(tài)下采用最大轉(zhuǎn)矩電流控制方法對電樞電流進(jìn) 行控制，具體方法是將給定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速比較后經(jīng)過第二調(diào)節(jié)器進(jìn)行計算后輸出轉(zhuǎn) 矩調(diào)節(jié)量，根據(jù)該轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)量，并考慮當(dāng)前勵磁狀態(tài)，計算得到能使電機(jī)獲得最大轉(zhuǎn)矩輸出 的交軸電流給定值和直軸電流給定值，根據(jù)檢測到的兩相電樞電流計算出三相電樞電流大 小并經(jīng)坐標(biāo)變換得到交軸電流的反饋值和直軸電流的反饋值，將交軸電流給定值和直軸電流給定值分別與其反饋值進(jìn)行比較后分別經(jīng)第三、四調(diào)節(jié)器進(jìn)行計算后輸出交軸電流調(diào)節(jié) 量和直軸電流調(diào)節(jié)量，將交軸電流調(diào)節(jié)量和直軸電流調(diào)節(jié)量進(jìn)行反坐標(biāo)變換得到三相電流 調(diào)節(jié)量，PWM生成模塊根據(jù)三相電流調(diào)節(jié)量生成PWM波控制主功率變換電路中的功率開關(guān) 管，最終實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運行；當(dāng)位置傳感器檢測到電機(jī)轉(zhuǎn)速高于基速，轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同 步電機(jī)弱磁控制通過調(diào)節(jié)勵磁電流來實現(xiàn)，勵磁電流值不再是恒定值，而是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速 增加而減小，在電機(jī)弱磁運行的狀態(tài)下對電樞電流采用最大轉(zhuǎn)矩電流控制，電樞電流中不 再需要去磁的直軸電流分量，電樞電流中的交軸電流分量和直軸電流分量的大小僅需滿足 系統(tǒng)在當(dāng)前弱磁狀態(tài)下提供最大功率輸出。本發(fā)明轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)采用電樞電流和勵磁電流協(xié)調(diào)控 制的方法能夠在低速時使轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)工作在增磁運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)低 速大轉(zhuǎn)矩輸出；高速時通過減小電勵磁繞組中勵磁電流的大小實現(xiàn)系統(tǒng)的弱磁運行，電機(jī) 內(nèi)磁場飽和程度低、鐵損小，電勵磁繞組電流小、銅損低，因而系統(tǒng)能夠?qū)挿秶咝蔬\行。 不需要通過直軸去磁電流對氣隙磁通進(jìn)行調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)容量一定的前提下，能夠獲得較大 的輸出功率和較寬的恒功率運行范圍。數(shù)字驅(qū)動控制器控制方式靈活，易于實現(xiàn)各種控制 算法和模塊化設(shè)計。綜上可見，本發(fā)明混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其電流協(xié)調(diào)控制方法的顯著特點 與優(yōu)點在于1.克服了永磁同步電機(jī)磁場調(diào)節(jié)困難特別是弱磁困難的不足，弱磁控制通過小功 率的勵磁電流控制即可實現(xiàn)，且不需要現(xiàn)有混合勵磁同步電機(jī)普遍存在的定子軸向磁路， 結(jié)構(gòu)簡單可靠。2.提出適合于轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)的單向勵磁功率變換電路拓?fù)?，只?要兩個開關(guān)管電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)正常工作狀態(tài)下的優(yōu)良動態(tài)性能和故障狀 態(tài)下的快速滅磁。3.利用電樞電流和勵磁電流協(xié)調(diào)控制方法，使得系統(tǒng)弱磁控制無需直軸去磁電 流，電樞繞組利用率高，特別是高速恒功率區(qū)，系統(tǒng)損耗小、效率高，具有寬廣的調(diào)速范圍和 高效率工作區(qū)。


圖1為轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為主功率變換電路圖；圖3為勵磁功率變換電路圖；圖4為轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電流協(xié)調(diào)控制原理圖；圖5為驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械特性圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明圖1為本實施例的轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)子磁分路混合勵 磁同步電機(jī)、位置傳感器、三個電流傳感器、母線電容和數(shù)字驅(qū)動控制器。其中數(shù)字驅(qū)動控 制器包括主功率變換電路、勵磁功率變換電路、相電流檢測調(diào)理電路、勵磁電流檢測調(diào)理電路、位置轉(zhuǎn)速調(diào)理電路、主功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路、勵磁功率控制信號驅(qū)動放大隔 離電路和數(shù)字信號處理器。主電源經(jīng)母線電容濾波后，通過主功率變換電路向轉(zhuǎn)子磁分路 混合勵磁同步電機(jī)三相電樞繞組提供三相交流電，輔助電源通過勵磁功率變換器向轉(zhuǎn)子磁 分路混合勵磁同步電機(jī)電勵磁繞組提供直流電，同時通過DC/DC變換電路向相電流檢測調(diào) 理電路、勵磁電流檢測調(diào)理電路、位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路、兩路驅(qū)動放大隔離電路和數(shù)字信 號處理器供電。數(shù)字信號處理器通過相電流檢測調(diào)理電路檢測轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電 機(jī)的兩相電流ia、ib，通過位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路檢測轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速 η和位置θ，通過勵磁電流檢測調(diào)理電路檢測勵磁電流If。主功率變換電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，由六個橋臂組成，包括Qll、Q12、Q13、Q14、Q15、 Q16六個功率開關(guān)管和Dll、D12、D13、D14、D15、D16六個二極管，主功率變換電路輸入電壓 Udc由外部主電源經(jīng)母線電容濾波后提供，功率開關(guān)管Qll、Q12、Q13、Q14、Q15和Q16的驅(qū) 動信號分別為G1、G2、G3、G4、G5和G6，正常工作時，數(shù)字信號處理器輸出的脈寬調(diào)制波PWM2 信號經(jīng)過驅(qū)動放大隔離電路給出驅(qū)動信號Gl、G2、G3、G4、G5和G6，控制主功率變換電路中 六個功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，功率開關(guān)管的驅(qū)動信號的占空比越大，功率開關(guān)管的導(dǎo)通時 間越長，則電樞電流越大。對于轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)，電勵磁繞組中的勵磁電流為零時氣隙磁通較 小，電勵磁繞組通以正向勵磁電流時氣隙磁通增強，通以反向勵磁電流時氣隙磁通減少有 限，為簡化勵磁功率控制電路，減少勵磁控制功率器件，采用單向勵磁控制電路結(jié)構(gòu)，如圖2 所示，其輸入端電源由輔助電源供電，勵磁功率變換電路由兩個開關(guān)管(第一功率開關(guān)管 Q1、第二功率開關(guān)管Q2)、一個二極管Dl和一個穩(wěn)壓二極管Zl組成，第二功率開關(guān)管Q2的 驅(qū)動信號為T2，第一功率開關(guān)管Ql的驅(qū)動信號為Tl。正常工作時，數(shù)字信號處理器輸出的 控制信號(^通過驅(qū)動放大隔離電路給出驅(qū)動信號T2，控制第二功率開關(guān)管Q2處于常通狀 態(tài)；數(shù)字信號處理器輸出的脈寬調(diào)制波PWMl信號經(jīng)過驅(qū)動放大隔離電路給出驅(qū)動信號Tl， 控制第一功率開關(guān)管Ql處于開關(guān)狀態(tài)，第一功率開關(guān)管Ql的占空比決定了電機(jī)勵磁電流 的大小，占空比越大，第一功率開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時間越長，勵磁電流越大，反之勵磁電流越 小。數(shù)字信號處理器通過控制脈寬調(diào)制波PWMl占空比大小調(diào)節(jié)電機(jī)勵磁電流大小。當(dāng)驅(qū) 動系統(tǒng)故障或其他快速弱磁狀態(tài)下，第二功率開關(guān)管Q2、第一功率開關(guān)管Ql同時關(guān)斷，電 機(jī)電勵磁繞組的勵磁電流通過續(xù)流二極管Dl和穩(wěn)壓二極管Zl續(xù)流，由于穩(wěn)壓二極管Zl的 作用，使得勵磁電流加速下降，從而顯著加快系統(tǒng)的動態(tài)性能。電機(jī)的勵磁電流和電樞繞組兩相的相電流分別通過第一個電流傳感器和第二、三 個電流傳感器檢測后再經(jīng)過勵磁電流檢測調(diào)理電路和相電流檢測調(diào)理電路變成可接受的 輸入電壓范圍，送到數(shù)字信號處理器的ADC采樣模塊。電機(jī)的位置傳感器給出的信號經(jīng)過 位置轉(zhuǎn)速調(diào)理電路后，送到數(shù)字信號處理器的ADC采樣模塊。經(jīng)過量化后，勵磁電流，相電 流和轉(zhuǎn)速位置轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。電樞電流和勵磁電流協(xié)調(diào)控制方法如圖3所示。當(dāng)位置傳感器檢測到電機(jī)轉(zhuǎn)速低 于基速時，施加最大恒定勵磁電流，使得電機(jī)內(nèi)氣隙磁場最強，通過勵磁電流單閉環(huán)控制方 法實現(xiàn)，這里控制算法均采用PI控制算法，具體方法是根據(jù)給定的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速ω*由ω*和I/ 的關(guān)系I/ = f3("*)可得到該恒定勵磁電流的值I/，將反饋勵磁電流If和勵磁電流給定 值I/比較后經(jīng)第一 PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行PI計算后得到脈寬調(diào)制波(PWMl)占空比D的大小，數(shù)字信號處理器根據(jù)占空比D的大小輸出脈寬調(diào)制波(PWMl)控制勵磁功率變換電路中的功 率開關(guān)管，在當(dāng)前電機(jī)處于增磁運行的狀態(tài)下采用最大轉(zhuǎn)矩電流控制方法對電樞電流的控 制，充分利用轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩，具體方法是將給定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速ω*與 反饋轉(zhuǎn)速ω比較后經(jīng)過第二 PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行PI計算后輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)量！^；，根據(jù)該轉(zhuǎn)矩調(diào) 節(jié)量TJ，并結(jié)合當(dāng)前勵磁狀態(tài)，根據(jù)由交軸電流給定值、直軸電流給定值i/和I/的關(guān) 系G = f!(0>i； = f2(Te；)可得到能使電機(jī)獲得最大轉(zhuǎn)矩輸出的交軸電流給定值It；和 直軸電流給定值i/，根據(jù)檢測到的兩相電樞電流ia、ib計算出三相電樞電流ia、ib、i。大小 并經(jīng)坐標(biāo)變換得到交軸電流的反饋值、和直軸電流的反饋值id，將交軸電流給定值；和 直軸電流給定值i/分別和其反饋值i,、id進(jìn)行比較后分別經(jīng)第三、第四PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行PI 計算后輸出交軸電流調(diào)節(jié)量iareg和直軸電流調(diào)節(jié)量idMg，將交軸電流調(diào)節(jié)量和直軸電 流調(diào)節(jié)量id,eg進(jìn)行反坐標(biāo)變換得到三相電流調(diào)節(jié)量‘eg、ibreg> icreg,數(shù)字信號處理器根據(jù)三 相電流調(diào)節(jié)量‘#、&1。％生成脈寬調(diào)制波(PWlC)控制主功率變換電路中的功率開關(guān)管 (Qll Q16)。當(dāng)位置傳感器檢測到電機(jī)轉(zhuǎn)速高于基速時，數(shù)字信號處理器通過勵磁功率變 換電路控制勵磁電流減小，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，勵磁電流不斷減小，同時，對電樞電流的控 制依然采用最大轉(zhuǎn)矩電流控制方法，從而獲得最大功率輸出，具體實現(xiàn)方法與恒轉(zhuǎn)矩區(qū)內(nèi) 的方法相同，區(qū)別在于勵磁電流值不再是恒定值，而是隨給定轉(zhuǎn)速變化而動態(tài)變化的。
由此實現(xiàn)的轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械特性如圖5所示，由于電 樞繞組利用率的提高，其基速以下的輸出轉(zhuǎn)矩提高，同時由于弱磁控制易于實現(xiàn)，且弱磁范 圍寬，因而電機(jī)恒功率運行范圍寬，電機(jī)的基速設(shè)計點可以減小。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于包括轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁 同步電機(jī)、位置傳感器、三個電流傳感器、母線電容、主功率變換電路、勵磁功率變換電路、 相電流檢測調(diào)理電路、勵磁電流檢測調(diào)理電路、位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路、主功率控制信號驅(qū) 動放大隔離電路、勵磁功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路、DC/DC變換電路和數(shù)字信號處理 器，其中外部低壓直流電源作為輔助電源并與勵磁功率變換電路和DC/DC變換電路的電源 輸入端相連，DC/DC變換電路的輸出端分別接相電流檢測調(diào)理電路、勵磁電流檢測調(diào)理電 路、位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路、主功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路、勵磁功率控制信號驅(qū)動放 大隔離電路和數(shù)字信號處理器的電源輸入端，勵磁功率變換電路的輸出端分別接轉(zhuǎn)子磁分 路混合勵磁同步電機(jī)電勵磁繞組的兩端，轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)電勵磁繞組的一端 設(shè)置第一電流傳感器，第一電流傳感器的輸出端經(jīng)過勵磁電流檢測調(diào)理電路后接數(shù)字信號 處理器的勵磁電流信號輸入端，外部大功率高壓直流電源作為主電源，主電源的輸出端經(jīng) 母線電容濾波后接主功率變換電路的電源輸入端，主功率變換電路的三相輸出端接轉(zhuǎn)子磁 分路混合勵磁同步電機(jī)的三相電樞繞組輸入端，在主功率變換電路的三相輸出端的任意兩 端設(shè)置第二電流傳感器和第三電流傳感器，第二電流傳感器和第三電流傳感器的輸出端分 別經(jīng)過相電流檢測電流調(diào)理電路后接數(shù)字信號處理器的相電流信號輸入端，在轉(zhuǎn)子磁分路 混合勵磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置位置傳感器，位置傳感器輸出端經(jīng)位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電 路接數(shù)字信號處理器位置轉(zhuǎn)速信號輸入端，數(shù)字信號處理器輸出主功率控制信號和勵磁功 率控制信號兩類控制信號，其中主功率控制信號輸出端經(jīng)主功率控制信號驅(qū)動放大隔離電 路接主功率變換電路的控制信號輸入端，另外勵磁功率控制信號輸出端經(jīng)勵磁功率控制信 號驅(qū)動放大隔離電路接勵磁功率變換電路的控制信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于其勵磁功 率變換電路為單向勵磁控制電路，包括二極管、穩(wěn)壓二極管和兩個功率開關(guān)管，以外部輔助 電源作為勵磁電源，電勵磁繞組輸入端的正端接穩(wěn)壓二極管的陽極和第一功率開關(guān)管的漏 極，二極管的陰極與第一功率開關(guān)管的源極、穩(wěn)壓二極管的陰極相連后接勵磁電源的正端， 電勵磁繞組輸入端的負(fù)端接二極管的陽極和第二功率開關(guān)管的源極，第二功率開關(guān)管的漏 極接勵磁電源的負(fù)端；正常工作時，第一功率開關(guān)管一直處于開通狀態(tài)，第二功率開關(guān)管斬 波控制，發(fā)生故障時，第一功率開關(guān)管和第二功率開關(guān)管均關(guān)斷，由電勵磁繞組、二極管和 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的回路實現(xiàn)快速滅磁。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電流協(xié)調(diào)控 制方法，其特征在于當(dāng)位置傳感器檢測到電機(jī)轉(zhuǎn)速低于基速時，施加最大恒定勵磁電流， 使得電機(jī)氣隙磁場最強，通過勵磁電流單閉環(huán)控制方法實現(xiàn)，具體方法是根據(jù)給定的基準(zhǔn) 轉(zhuǎn)速計算出該最大恒定勵磁電流值；將反饋勵磁電流和勵磁電流給定值比較后經(jīng)第一調(diào)節(jié) 器進(jìn)行計算后輸出占空比的值，數(shù)字信號處理器根據(jù)占空比大小輸出PWM波控制勵磁功率 變換電路中的功率開關(guān)管；在當(dāng)前轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)處于增磁運行的狀態(tài)下采 用最大轉(zhuǎn)矩電流控制方法對電樞電流進(jìn)行控制，具體方法是將給定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速比 較后經(jīng)過第二調(diào)節(jié)器進(jìn)行計算后輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)量，根據(jù)該轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)量，并考慮當(dāng)前勵磁狀 態(tài)，計算得到能使電機(jī)獲得最大轉(zhuǎn)矩輸出的交軸電流給定值和直軸電流給定值，根據(jù)電流 傳感器檢測到的兩相電樞電流計算出三相電樞電流大小并經(jīng)坐標(biāo)變換得到交軸電流的反 饋值和直軸電流的反饋值，將交軸電流給定值和直軸電流給定值分別與其反饋值進(jìn)行比較后分別經(jīng)第三、四調(diào)節(jié)器進(jìn)行計算后輸出交軸電流調(diào)節(jié)量和直軸電流調(diào)節(jié)量，將交軸電流 調(diào)節(jié)量和直軸電流調(diào)節(jié)量進(jìn)行反坐標(biāo)變換得到三相電流調(diào)節(jié)量，PWM生成模塊根據(jù)三相電 流調(diào)節(jié)量生成PWM波控制主功率變換電路中的功率開關(guān)管，最終實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運行；當(dāng)位置 傳感器檢測到電機(jī)轉(zhuǎn)速高于基速，轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)弱磁控制通過調(diào)節(jié)勵磁電 流來實現(xiàn)，勵磁電流值不再是恒定值，而是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加而減小，在電機(jī)弱磁運行的狀 態(tài)下對電樞電流采用最大轉(zhuǎn)矩電流控制，電樞電流中不再需要去磁的直軸電流分量，電樞 電流中的交軸電流分量和直軸電流分量的大小僅需滿足系統(tǒng)在當(dāng)前弱磁狀態(tài)下提供最大 功率輸出。
全文摘要
本發(fā)明轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其電流控制方法，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機(jī)、位置傳感器、三個電流傳感器、母線電容、主功率變換電路、勵磁功率變換電路、勵磁電流檢測調(diào)理電路、相電流檢測調(diào)理電路、位置轉(zhuǎn)速檢測調(diào)理電路、DC/DC變換電路、主功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路、勵磁功率控制信號驅(qū)動放大隔離電路和數(shù)字信號處理器。所述方法基速以下勵磁電流為恒定最大值，同時電樞電流為最大轉(zhuǎn)矩電流控制，基速以上勵磁電流隨轉(zhuǎn)速上升而減小，同時電樞電流為最大轉(zhuǎn)矩電流控制。本發(fā)明驅(qū)動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩輸出和高速寬范圍恒功率運行，在電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)和飛機(jī)起動發(fā)電系統(tǒng)中有重要應(yīng)用價值。
文檔編號H02P6/16GK102075128SQ20111002360
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者嚴(yán)仰光, 張卓然, 韓建斌 申請人:南京航空航天大學(xué)