基於三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機控制系統的製作方法

2023-06-22 05:35:06 1

專利名稱：基於三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及同步電機的控制系統，特別是高速鐵路應用中基於三相四橋臂逆 變器控制雙同步永磁電機的系統。
背景技術：
近年來，高速鐵路(簡稱高鐵)在我國得到了迅猛的發展，高鐵機車的速度也越來 越快。但是機車的速度受到機車的重量、包括用於控制高鐵轉向架電機的逆變器的重量的 限制。控制高鐵機車轉向架的結構主要包括同步電機和控制同步電機的逆變器。基於現 階段的高鐵機車結構，如圖1所示，在傳統高鐵牽引系統的每個驅動單元中，一般採用4個 三相三橋臂逆變器1、2、3、4驅動4個永磁電機M1、M2、M3、M4，如圖所示，每個三相三橋臂逆 變器包括6個IGBT開關器件。因此每個驅動單元包括MfIGBT開關器件。這種傳統的 拓撲結構採用一個逆變器控制一個電機，存在如下缺點a、開關器件數量龐大、相應的驅動 電路和傳感器的數量也隨之增多，造成整個系統成本巨大；b、由於存在大量開關器件，系統 體積、重量大，功率密度隨之降低，並壓縮了列車的實際可用空間和載重能力。因此，現有機 車的整體重量重，限制了高鐵機車速度的進一步提高。因此，傳統高鐵牽引系統中每個電機需要獨立逆變器進行控制的機制急需改進。
實用新型內容針對以上問題，本實用新型的目的是進一步減輕高鐵機車的重量，利於進一步提 高高鐵機車的速度，進而提高列車的實際可用空間和載重能力。為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現提供一種基於三相四橋臂逆變器的控制系統，其特徵在於，包括三相四橋臂逆變 器和與該逆變器並聯連接的中間直流環節；其中，由中間直流環節的中性點、逆變器四橋 臂中的兩個橋臂的各自橋臂中點組成三相而連接至第一永磁電機，由中間直流環節的中性 點、該逆變器四橋臂中另兩個橋臂的各自橋臂中點組成三相而連接至第二永磁電機。優選的，所述中間直流環節可由2個電容器構成。另外，所述第一永磁電機和第二 永磁電機可為高速鐵路機車的同一轉向架的兩個三相同步永磁電機。因此，利用本實用新型中提供的基於三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機控制系 統，能夠實現由同一三相四橋臂逆變器控制兩個同步永磁電機，從而減少了永磁電機控制 系統中開關器件的數量、相應的驅動電路和傳感器的數量，減輕高鐵機車的重量，利於進一 步提高高鐵機車的速度，進而提高列車的實際可用空間和載重能力。

下面根據實施例和附圖對本實用新型作進一步詳細說明。圖1是現有技術的高鐵牽引系統中驅動單元的結構圖，其中一個三相三橋臂逆變器控制一個同步永磁電機；圖2是高速鐵路牽引系統的能量轉換與傳遞示意圖；圖3是根據本實用新型實施例的基於三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機控制 系統的示意圖；圖4是採用本實用新型的基於三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機控制系統的 機車驅動系統示意圖。圖中11 14、逆變器；Ml M4、永磁電機；21、三相四橋臂逆變器；22、中間直流環節； 31、三相四橋臂逆變器；32、中間直流環節；Cl、電容器；C2、電容器；33、第一橋臂；34、第二 橋臂；35、第三橋臂；36、第四橋臂。
具體實施方式
以下給出了本實用新型中提供的基於三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機控制 系統的一個具體實施例。圖2是高速鐵路牽引系統的能量轉換與傳遞示意圖。本實用新型結合中間直流環 節與三相四橋臂逆變器，實現由同一個三相四橋臂逆變器控制高鐵機車中同一轉向架的兩 個同步永磁電機。這樣，使得高鐵機車中逆變器的數量減少一半，大大減輕了高鐵機車的重量。如圖3所示，在本實用新型提供的基於三相四橋臂逆變器的雙永磁電機控制系統 中，包括三相四橋臂逆變器31、中間直流環節32、第一永磁同步電動機Ml和第二永磁同步 電動機M2。在該控制系統中，由中間直流環節32的中性點、逆變器31的其中兩個橋臂33、 34的橋臂中點組成三相而連接至第一永磁電機Ml，由中間直流環節32的中性點、該逆變器 31的其餘兩個橋臂35、36的橋臂中點組成三相而連接至第二永磁電機M2。這樣，儘管第一 永磁電機Ml和第二永磁電機M2均採用同一中間直流環節中性點作為一相輸入，但是可通 過連接至每一個永磁電機Ml或M2的兩個橋臂利用常規PWM調製來實現對該永磁電機的控 制。對於每一個永磁電機Ml或M2而言，由於其使用的兩個橋臂與另一永磁電機所使用橋臂 不同，所以可以通過獨立的PWM調製實現彼此獨立的控制。因此該三相四橋臂逆變器可輸 出兩組具有不同頻率、幅度和/或相位的三相正弦波，獨立控制不同永磁電機。由此可見， 採用本實用新型的控制結構，可以通過一個逆變器控制兩個同步永磁電機(例如650kW大 容量同步永磁電機)工作在不同的狀態，並依據列車運行狀態的實時變化，實現兩個永磁 電機獨立的轉速和轉矩輸出。優選的，在上述基於三相四橋臂逆變器的永磁電機控制系統中，所述中間直流環 節可由2個電容器構成。所述第一永磁電機和第二永磁電機可以為高速鐵路機車的同一轉向架的兩個三 相永磁同步電機。如圖4所示，為採用本實用新型的基於三相四橋臂逆變器的永磁電機控制系統的 機車驅動系統示意圖。從圖中所示，採用本實用新型後，單個機車驅動系統僅採用2個逆變 器，共16個IGBT開關器件，與採用M個IGBT開關的現有機車驅動系統相比大大減少，相 應的控制電路和傳感器的數量也減少，從而降低了系統成本。此外，控制系統的體積小、重量輕、功率密度顯著提高，使得本實用新型可作為高速鐵路牽引系統的有利選擇。
權利要求1.一種基於三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機控制系統，其特徵在於，包括三相四 橋臂逆變器和與該逆變器並聯連接的中間直流環節；其中，由中間直流環節的中性點、逆 變器四橋臂中的兩個橋臂的各自橋臂中點組成三相而連接至第一永磁電機，由中間直流環 節的中性點、該逆變器四橋臂中另兩個橋臂的各自橋臂中點組成三相而連接至第二永磁電 機。
2.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於所述中間直流環節由2個電容器構成。
3.根據權利要求1或2所述的控制系統，其特徵在於所述第一永磁電機和第二永磁 電機為高速鐵路機車的同一轉向架的兩個三相同步永磁電機。
專利摘要本實用新型公開了一種基於三相四橋臂逆變器的控制系統，其特徵在於，包括三相四橋臂逆變器和與該逆變器並聯連接的中間直流環節；其中，由中間直流環節的中性點、逆變器四橋臂中的兩個橋臂的各自橋臂中點組成三相而連接至第一永磁電機，由中間直流環節的中性點、該逆變器四橋臂中另兩個橋臂的各自橋臂中點組成三相而連接至第二永磁電機。通過本實用新型，實現由同一三相四橋臂逆變器控制兩個同步永磁電機，從而減少了永磁電機控制系統中開關器件的數量、相應的驅動電路和傳感器的數量，減輕高鐵機車的重量，利於進一步提高高鐵機車的速度，進而提高列車的實際可用空間和載重能力。
文檔編號H02P6/04GK201910757SQ20112001463
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者宋加旺, 張士光 申請人:北京鵬發欣光電力電子科技有限公司