本發(fā)明屬于電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制領(lǐng)域，具體涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浼翱刂扑惴ā?/p>

背景技術(shù)：

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)普遍采用六相全橋結(jié)構(gòu)或六相單級(jí)式H橋結(jié)構(gòu)，但六相全橋結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不易注入諧波，且電機(jī)的穩(wěn)定性不是很好；而六相單級(jí)式H型橋式結(jié)構(gòu)不易應(yīng)用于高壓大功率場(chǎng)合，在高壓情況下六相單級(jí)式H型橋式結(jié)構(gòu)的每一橋臂上功率開關(guān)管承受電壓較高。

矢量控制原理是將交流電機(jī)通過(guò)數(shù)學(xué)變換等效成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，最終目的是將交流電機(jī)等效成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，通過(guò)給定直流參數(shù)控制交流電機(jī)，使交流電機(jī)獲得和直流電機(jī)相媲美的調(diào)速性能，但是一般的矢量控制原理不易于在實(shí)際工程中實(shí)現(xiàn)，控制算法較為復(fù)雜。

在現(xiàn)有的技術(shù)中采用電壓空間矢量控制方法基本電壓矢量數(shù)目繁多，造成計(jì)算過(guò)程繁瑣，增加控制難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可靠性高的控制策略，尤其適合高壓、大電流應(yīng)用場(chǎng)合的六相電機(jī)驅(qū)動(dòng)拓?fù)浼翱刂扑惴ā?/p>

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種六相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器拓?fù)?，包括六相電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制器，所述六相電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器連接電源，所述控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制六相電機(jī)的工作狀態(tài)：所述驅(qū)動(dòng)器包括逆變器，所述逆變器采用兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)，所述兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)由2個(gè)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)串聯(lián)形成，所述單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)由三個(gè)單極單相H型橋式結(jié)構(gòu)并聯(lián)形成。

所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)包括電壓輸入端U1、電源輸入端U2,所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)的3個(gè)電壓輸入端U1相連在一起為單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第一輸入端，所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)的3個(gè)電壓輸入端U2相連在一起為單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第二輸入端；所述第一級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第二輸入端與第二級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第一輸入端相連形成兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)。

所述驅(qū)動(dòng)器還包括第三直流電源，所述第三直流電源的正極與第一級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第一輸入端相連，所述第三直流電源的負(fù)極與第二級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第二輸入端與相連。

所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)還包括電壓輸出端Va和Vb，所述兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)的6對(duì)電壓輸出端Va和Vb分別與六相電機(jī)的每相繞組的首末兩端對(duì)應(yīng)相連。

所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z1～驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z4、第一功率開關(guān)管P1～第四功率開關(guān)管P4，第一二極管D1～第四二極管D4，所述第一功率開關(guān)管P1～第四功率開關(guān)管P4的門極分別為橋式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z1～Z4；所述第一功率開關(guān)管P1的集電極、第三功率開關(guān)管P3的集電極、第一二極管D1的負(fù)極、第三二極管D3的負(fù)極相互連接后為第三電源輸入端U1；所述第一功率開關(guān)管P1的發(fā)射極、所述第二功率開關(guān)管P2的集電極、第一二極管D1的正極、第二二極管D2的負(fù)極相互連接且連接處為H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸出端Va；所述第三功率開關(guān)管P3的發(fā)射極、所述第四功率開關(guān)管P4的集電極、第三二極管D3的正極、第四二極管D4的負(fù)極相互連接且連接處為H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸出端Vb；所述第二功率開關(guān)管P2的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管P4的發(fā)射極、第二二極管D2的正極、第四二極管D4的正極相互連接后為電源輸入端U2。

所述驅(qū)動(dòng)器還包括功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊，所述控制器傳遞24個(gè)控制信號(hào)到功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊中，所述功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊輸出24個(gè)控制信號(hào)分別與兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的24個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z1～驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z4相連。

一種六相電機(jī)控制算法，通過(guò)使用6/2變換實(shí)現(xiàn)空間矢量解耦，將六相空間電壓矢量解耦為dq坐標(biāo)系下的兩相電壓矢量，實(shí)現(xiàn)對(duì)六相電機(jī)勵(lì)磁、轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制。

所述控制算法包括以下步驟：

(1)確定六相電機(jī)額定角速度ω：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定頻率f和公式ω＝2πf，通過(guò)計(jì)算可得電機(jī)額定角速度ω；

(2)確定磁鏈?zhǔn)噶糠郸?sub>max：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定相電壓幅值u_max和公式通過(guò)計(jì)算可得磁鏈?zhǔn)噶糠郸?sub>max；

(3)確定磁鏈電流給定值I_dref：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)勵(lì)磁電感L_m和公式φ_max＝L_m×I_dref，可以得到磁鏈電流給定值I_dref；

(4)確定轉(zhuǎn)矩電流給定值I_qref：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定定子相電流幅值I_m、上述磁鏈電流給定值I_dref和公式可以算出I_qref。

(5)確定兩個(gè)電流閉環(huán)：通過(guò)電流傳感器得到六相電機(jī)各相瞬時(shí)電流，根據(jù)公式得到6/2變換后的勵(lì)磁電流反饋I_d'和轉(zhuǎn)矩電流反饋I_q'，利用步驟(3)和步驟(4)所得I_dref和I_qref，形成兩個(gè)電流閉環(huán)，所述的電流傳感器共有六個(gè)，分別串接在六相電機(jī)的每一相定子繞組所在的電線上。

(6)確定轉(zhuǎn)速閉環(huán)：根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置速度給定n_ref，通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器或無(wú)速度估計(jì)算法得到電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，形成速度閉環(huán)，所述的轉(zhuǎn)速傳感器并接在六相電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：能夠?qū)崿F(xiàn)六相電機(jī)閉環(huán)控制，控制算法簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可靠性高，易于實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中；所述六相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涞拿恳粋€(gè)橋臂的功率開關(guān)管的耐壓級(jí)別可降低且可通過(guò)該拓?fù)湎螂姍C(jī)定子相繞組中注入諧波，該拓?fù)湓谥辽賰上嚯姍C(jī)繞組未損壞的情況下仍可運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的電機(jī)控制系統(tǒng)框圖

圖2是單極單相H型橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)?/p>

圖3雙級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)?/p>

圖4閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器拓?fù)?，包括六相電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制器。所述六相交流電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器連接電源，所述控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制六相電機(jī)的工作狀態(tài)。

所述控制器包括控制芯片和外圍電路，所述外圍電路包括第一直流電源、晶振、復(fù)位、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和寄存器；所述驅(qū)動(dòng)器包括第二直流電源、第三直流電源、功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊和逆變器，所述第一直流電源給控制芯片供電，所述晶振給控制芯片提供時(shí)鐘信號(hào)，所述復(fù)位可以重啟控制芯片，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可以把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)傳遞到控制芯片中，所述寄存器可以存儲(chǔ)控制芯片的數(shù)據(jù)；所述第二直流電源為功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊提供電源，所述第三直流電源為逆變器提供電源；所述控制芯片傳遞控制信號(hào)到功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊中，所述功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊將控制芯片傳遞來(lái)的信號(hào)放大后傳遞給逆變器，所述逆變器通過(guò)功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊傳遞來(lái)的信號(hào)控制六相電機(jī)的工作狀態(tài)。

所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)包括電壓輸入端U1、電源輸入端U2,驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z1～驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z4、第一功率開關(guān)管P1～第四功率開關(guān)管P4，第一二極管D1～第四二極管D4，所述第一功率開關(guān)管P1～第四功率開關(guān)管P4的門極分別為橋式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z1～Z4；所述第一功率開關(guān)管P1的集電極、第三功率開關(guān)管P3的集電極、第一二極管D1的負(fù)極、第三二極管D3的負(fù)極相互連接后為第三電源輸入端U1；所述第一功率開關(guān)管P1的發(fā)射極、所述第二功率開關(guān)管P2的集電極、第一二極管D1的正極、第二二極管D2的負(fù)極相互連接且連接處為H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸出端Va；所述第三功率開關(guān)管P3的發(fā)射極、所述第四功率開關(guān)管P4的集電極、第三二極管D3的正極、第四二極管D4的負(fù)極相互連接且連接處為H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸出端Vb；所述第二功率開關(guān)管P2的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管P4的發(fā)射極、第二二極管D2的正極、第四二極管D4的正極相互連接后為電源輸入端U2。

所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)的3個(gè)電壓輸入端U1相連在一起為單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第一輸入端，所述單級(jí)單相H型橋式結(jié)構(gòu)的3個(gè)電壓輸入端U2相連在一起為單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第二輸入端；所述第一級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第二輸入端與第二級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第一輸入端相連形成兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)。

所述第一級(jí)第一相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U1、所述第一級(jí)第二相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U1、所述第一級(jí)第三相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U1相連在一起為DC+；所述第一級(jí)第一相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U2與所述第二級(jí)第四相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U1相連，所述第一級(jí)第二相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U2與所述第二級(jí)第五相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U1相連，所述第一級(jí)第三相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U2與所述第二級(jí)第六相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U1相連；所述第二級(jí)第四相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U2、第二級(jí)第五相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U2、第二級(jí)第四相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸入端U2相連在一起為DC-。

所述驅(qū)動(dòng)器還包括第三直流電源，所述第三直流電源的正極與第一級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第一輸入端即DC+相連，所述第三直流電源的負(fù)極與第二級(jí)單級(jí)三相H型橋式結(jié)構(gòu)的第二輸入端即DC-相連。

所述兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸出端Va1和Vb1與六相電機(jī)的繞組L1的首末兩端對(duì)應(yīng)相連，所述兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸出端Va2和Vb2與六相電機(jī)的繞組L2的首末兩端對(duì)應(yīng)相連，以此類推，所述兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)的電壓輸出端Va6和Vb6 與六相電機(jī)的繞組L6的首末兩端對(duì)應(yīng)相連。

所述驅(qū)動(dòng)器還包括功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊，所述控制器傳遞24個(gè)控制信號(hào)到功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊中，所述功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊輸出24個(gè)控制信號(hào)分別與兩級(jí)六相H型橋式結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的24個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z1～驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Z4相連。

所述的一種六相電機(jī)控制算法，通過(guò)使用6/2變換實(shí)現(xiàn)空間矢量解耦，將六相空間電壓矢量解耦為dq坐標(biāo)系下的兩相電壓矢量，實(shí)現(xiàn)對(duì)六相電機(jī)勵(lì)磁、轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制。

所述控制算法包括以下步驟：

(1)確定六相電機(jī)額定角速度ω：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定頻率f和公式ω＝2πf，通過(guò)計(jì)算可得電機(jī)額定角速度ω；

(2)確定磁鏈?zhǔn)噶糠郸?sub>max：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定相電壓幅值u_max和公式通過(guò)計(jì)算可得磁鏈?zhǔn)噶糠郸?sub>max；

(3)確定磁鏈電流給定值I_dref：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)勵(lì)磁電感L_m和公式φ_max＝L_m×I_dref，可以得到磁鏈電流給定值I_dref；

(4)確定轉(zhuǎn)矩電流給定值I_qref：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定定子相電流幅值I_m、上述磁鏈電流給定值I_dref和公式可以算出I_qref。

(5)確定兩個(gè)電流閉環(huán)：通過(guò)電流傳感器得到六相電機(jī)各相瞬時(shí)電流，根據(jù)公式得到6/2變換后的勵(lì)磁電流反饋I_d'和轉(zhuǎn)矩電流反饋I_q'，利用步驟(3)和步驟(4)所得I_dref和I_qref，形成兩個(gè)電流閉環(huán),所述的電流傳感器共有六個(gè)，分別串接在六相電機(jī)的每一相定子繞組所在的電線上。

(6)確定轉(zhuǎn)速閉環(huán)：根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置速度給定n_ref，通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器或無(wú)速度估計(jì)算法得到電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，形成速度閉環(huán),所述的轉(zhuǎn)速傳感器并接在六相電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上。

利用無(wú)速度傳感器算法或者速度傳感器得到六相電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速n1，其余速度給定n_ref可以構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)，n_ref可以人為設(shè)置。

n_ref與實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速n1的差值經(jīng)PI1處理后，變?yōu)镮_qref，與I_q'構(gòu)成另一個(gè)電流閉環(huán)；I_qref與I_q'的差值經(jīng)PI2處理后，I_dref與I_d'的差值經(jīng)PI3處理后，共同經(jīng)dq/αβ處理后，通過(guò)六相SVPWM算法轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)。

dq/αβ中需要用到電機(jī)轉(zhuǎn)子的電角度θ_r，通過(guò)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速n2，與電機(jī)的極對(duì)數(shù)可以通過(guò)控制器計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的電角度θ_r。

實(shí)施例1

所述控制算法包括以下步驟：

(1)確定六相電機(jī)額定角速度ω：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定頻率f＝50Hz和公式ω＝2πf，通過(guò)計(jì)算可得電機(jī)額定角速度ω＝314rad/s；

(2)確定磁鏈?zhǔn)噶糠郸?sub>max：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定相電壓幅值和公式通過(guò)計(jì)算可得磁鏈?zhǔn)噶糠郸?sub>max＝0.9907；

(3)確定磁鏈電流給定值I_dref：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)勵(lì)磁電感L_m和公式φ_max＝L_m×I_dref，可以得到磁鏈電流給定值I_dref＝0.2141A；

(4)確定轉(zhuǎn)矩電流給定值I_qref：根據(jù)六相電機(jī)參數(shù)額定定子相電流幅值I_m＝0.707A、上述磁鏈電流給定值I_dref和公式可以算出I_qref＝0.674A。

(5)確定兩個(gè)電流閉環(huán)：通過(guò)電流傳感器得到六相電機(jī)各相瞬時(shí)電流，根據(jù)公式得到6/2變換后的勵(lì)磁電流反饋I_d'和轉(zhuǎn)矩電流反饋I_q'，利用步驟(3)和步驟(4)所得I_dref和I_qref，形成兩個(gè)電流閉環(huán),所述的電流傳感器共有六個(gè)，分別串接在六相電機(jī)的每一相定子繞組所在的電線上。

(6)確定轉(zhuǎn)速閉環(huán)：根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置速度給定n_ref，比如可取n_ref＝1000r/min，通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器或無(wú)速度估計(jì)算法得到電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，形成速度閉環(huán)，所述的轉(zhuǎn)速傳感器并接在六相電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上。

工作過(guò)程：根據(jù)控制算法編寫控制程序，將控制程序下載到控制器中，在控制器中生成空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)信號(hào)，空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)六相電機(jī)工作。