大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置的製作方法
2023-05-09 03:13:21 1
專利名稱：大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置，屬於大慣量負載永磁同步交流電機驅動系統過電分相或供電短時中斷恢復的控制技術領域。
技術背景隨著世界化石能源的逐漸枯竭，提高能源利用效率和節約能源已經成為世界範圍電氣化發展的重要趨勢。作為高鐵機車、電動汽車及大尺寸螺旋槳等大慣量負載的驅動電機，永磁同步電動機以其高效率、高功率因數和高功率密度等優點，正逐步取代感應電動機，得到越來越廣泛的應用。目前，永磁同步電機作為大慣量負載的驅動電機，與感應電動機相比，由於轉子永磁體存在恆定勵磁，其四象限驅動技術及特殊エ況下的高可靠性控制技術還不夠成熟，在驅動系統供電短時中斷恢復及機車過分相區等狀況下的斷電-重投問題是ー個難點。國外在這方面的研究已取得一定成果，我國也逐步展開深入的研究。在電氣化鐵道中接觸網常採用分段換相供電，機車受電弓必須在無電流的情況下進出分相絕緣器，此時電機驅動系統輸入側經歷供電中斷一再恢復過程，必然導致逆變器輸出到電機的斷電一重投；電動汽車及螺旋槳等在實際工作過程中，當驅動系統發生短時可恢復型故障時，如直流母線電壓短時跌落或保護電路動作及再恢復，也會導致驅動系統逆變器輸出到電機的斷電一重投。因此，在正常運行エ況下，永磁同步電機作為牽引電機不可避免地存在斷電-重投問題。與採用鼠籠結構的感應電機不同，當轉子採用永磁體勵磁的永磁同步電機在運行過程中進行斷電-重投時，會處於不可控發電狀態，尤其在高速下電機反電勢電壓幅值很高，電壓波形與逆變器驅動波形差異大，不恰當的驅動電壓重新投入勢必導致強烈的電流和機械衝擊，甚至損毀驅動器和傳動機構。由於永磁同步電機轉子勵磁的特殊性，若在交流側進行斷電-重投控制，無論是採用相位同步法或規劃的電壓矢量牽入法，還是在動態過程的機理分析、研究的基礎上進行切換過程的主動控制方法等，都無法從根本上消除轉矩瞬時變化帶來的衝擊，而且其控制機理及過程複雜，實現困難。
發明內容要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置。技術方案一種大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置，其特徵在於包括供電電源、直流母線支撐電容、帶續流裝置的三相全橋逆變電路、檢測電路和驅動及控制電路；供電電源與直流母線支撐電容並聯後與三相全橋逆變電路的直流母線供電端子相連，直流母線支撐電容靠供電電源側接ー個直流母線開關S，開關S與供電電源之間接ー個電壓檢測裝置Ul用以實時檢測供電電源的電壓，支撐電容與三相全橋逆變電路之間設ー個電壓檢測裝置U2用以實時檢測支撐電容兩端的電壓，控制電路輸入端接電壓檢測U1、U2以及三相永磁電機電流反饋和位置反饋信號，輸出端接驅動電路的三相電壓信號輸入端，驅動電路輸出端接三相全橋逆變電路PWM信號輸入端，三相全橋逆變電路輸出端接電機三相電壓輸入端。有益效果本發明提出的一種大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置，採用以能量轉化為基礎的再生回饋精確控制策略，從根本上削弱或者避免斷電-重投過程帶來的強烈的電流和機械衝擊，具有穩定、可靠、適用性好的特點。 與現有技術相比有益效果在於(I)永磁同步電機斷電-重投由交流側重投改為直流側重投，重投控制參數簡化 為直流電壓幅值，避免在交流側重投時因交流電壓波形的幅值、頻率、相位、相序等差異造成的衝擊；(2)通過對電機轉速及直流母線電壓的控制，將機車或螺旋槳等的動能轉化為電能，儲存於直流母線支撐電容中，以維持直流母線電壓的額定值；(3)直流母線電壓的控制方法採用能量等效與傳統電機控制策略相結合的方法，實現直流母線電壓的穩定控制。
圖I :為本發明總體結構圖；圖2 :為一種車輛永磁同步電機驅動用控制系統框圖
具體實施方式
現結合實施例、附圖對本發明作進ー步描述本發明的技術方案為永磁同步電機在驅動大慣量負載以一定的初速度運行吋，在交流輸入或直流電源斷電瞬間，斷開主迴路與電源通路，通過檢測直流母線環節電壓，運用提出的再生回饋控制策略，使得永磁同步電機由電動狀態變為發電狀態，電機輸出的三相交流電經帶續流裝置的三相全橋逆變電路回饋到直流側，使得直流母線支撐電容上的電壓維持在額定值。由此，藉助一定速度的大慣量負載所提供的動能，以永磁電機的減速再生回饋，換得直流母線電壓的穩定。然後，在檢測到交流輸入或直流電源供電恢復時，在直流母線電壓未下降或者下降幅值不大的前提下，重新將主迴路與電源接通，即進行直流重役，則可削弱或避免斷電-重投過程帶來的電氣及機械衝擊。本發明主要結構如下①供電電源E :可為電網單相或三相供電，也可為有限能源供電，如各類型電池或發電機。②直流母線開關S :繼電器、接觸器等可控型電力開關。③電壓傳感器直流母線電壓傳感器VI，直流母線支撐電容電壓傳感器V2④直流母線支撐電容C :儲能裝置⑤三相全橋逆變電路帶續流裝置⑥三相永磁同步電機[0026]本發明的實施對象為三相永磁同步電機，該電機應用於電カ牽引、電動汽車、螺旋槳等大慣量負載中。
具體實施方式
斷電-重投系統框圖如圖I所示，其中包括供電電源、直流母線支撐電容、帶續流裝 置的三相全橋逆變電路、檢測電路、驅動及控制電路等組件。其工作原理為斷電時，直流母線支撐電容兩端的電壓U2逐步減小，通過直流母線支撐電容電壓傳感器V2檢測，當U2小於一定的值時，認為進入斷電狀態，此時切斷直流母線開關S，並控制永磁同步電機由電動狀態變為再生發電狀態，使得電機輸出的三相交流電經帶續流裝置的三相全橋逆變電路整流後向直流母線支撐電容充電，使電容兩端電壓值維持在額定電壓值；當直流母線電壓傳感器V2檢測到供電恢復時，控制直流母線支撐電容電壓U2與輸入側直流電壓U1幅值一致，並閉合直流母線開關S，達到無電壓差、無電流衝擊重役，從而削弱或避免引發電氣及機械衝擊。本發明以車輛用永磁同步電機為例介紹其實施方式，具體分為以下幾個步驟①給定電壓U*為直流側支撐電容需要保持的電壓值，U為三相全橋逆變電路直流側的電壓值，可通過電壓傳感器實時獲得。②由於車輛的質量是一個在線時常變化的量，本發明選擇常用的二分法或模型參考自適應等在線識別的方法對電機進行慣量辨識，從而得到車輛的質量。具體過程為假設一節車廂存在四根軸，每根軸上配備一臺電機，每臺電機檢測到的轉動慣量為J，車輪滾動半徑為r，則
權利要求1.一種大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置，其特徵在於包括供電電源、直流母線支撐電容、帶續流裝置的三相全橋逆變電路、檢測電路和驅動及控制電路；供電電源與直流母線支撐電容並聯後與三相全橋逆變電路的直流母線供電端子相連，直流母線支撐電容靠供電電源側接ー個直流母線開關S，開關S與供電電源之間接ー個電壓檢測裝置Ul用以實時檢測供電電源的電壓，支撐電容與三相全橋逆變電路之間設ー個電壓檢測裝置U2用以實時檢測支撐電容兩端的電壓，控制電路輸入端接電壓檢測U1、U2以及三相永磁電機電流反饋和位置反饋信號，輸出端接驅動電路的三相電壓信號輸入端，驅動電路輸出端接三相全橋逆變電路PWM信號輸入端，三相全橋逆變電路輸出端接電機三相電壓輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種大慣量負載永磁同步電機驅動斷電-重投控制裝置，技術方案為供電電源與直流母線支撐電容並聯後與三相全橋逆變電路的直流母線供電端子相連，直流母線支撐電容靠供電電源側接一個直流母線開關S，開關S與供電電源之間接一個電壓檢測裝置U1用以實時檢測供電電源的電壓，支撐電容與三相全橋逆變電路之間設一個電壓檢測裝置U2用以實時檢測支撐電容兩端的電壓，控制電路輸入端接電壓檢測U1、U2以及三相永磁電機電流反饋和位置反饋信號，輸出端接驅動電路的三相電壓信號輸入端，驅動電路輸出端接三相全橋逆變電路PWM信號輸入端，三相全橋逆變電路輸出端接電機三相電壓輸入端。
文檔編號H02P6/20GK202602581SQ201220243589
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者駱光照, 張圍圍, 劉衛國, 竇滿峰, 張新偉 申請人:西北工業大學