專利名稱：基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣傳動領(lǐng)域，尤其是一種基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多相電機(jī)主要的應(yīng)用領(lǐng)域為高可靠性要求以及中大功率場合如核電站，電動車輛，艦船推進(jìn)系統(tǒng)，航空航天等。在中大功率傳動領(lǐng)域，由于受傳統(tǒng)的三相電供電限制，多數(shù)采用三相電機(jī)作為傳動設(shè)備，但是由于受電力電子器件單管電壓承受能力的限制，多數(shù)采用多個電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)的方式對電機(jī)進(jìn)行供電。在中大功率領(lǐng)域主要的研究方向有兩個，一個是多電平驅(qū)動的方式來提供功率等級，另一個研究方向就是采用多相驅(qū)動的方式來提高功率等級，而多電平驅(qū)動受電力電子器件本身的同一性影響，在電力電子器件串聯(lián)存在分壓的問題，電力電子器件并聯(lián)時存在分流問題。而采用多相驅(qū)動方式能夠有效的使用低壓器件實(shí)現(xiàn)大功率的傳動，特別是在供電電壓幅值受限制時，能夠有效的提供功率等級。與傳統(tǒng)的三相電機(jī)相比，多相電機(jī)具有如下的優(yōu)點(diǎn)I)在供電電壓幅值受限制的場合，可以采用多相電機(jī)實(shí)現(xiàn)低壓大功率傳動；2)多相電機(jī)隨著相數(shù)的增加，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩更加平衡，脈動更小，可以大大提高傳動系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；3)系統(tǒng)的可靠性更高，具有較強(qiáng)的容錯運(yùn)行能力；多相電機(jī)傳動系統(tǒng)中，隨著相數(shù)的增多，當(dāng)多相電機(jī)中的某一相繞組或幾相繞組發(fā)生短路或開路故障時，或者電力電子變換器中的某一相或幾相發(fā)生短路或開路故障時，通過容錯控制，切除故障相，多相電機(jī)仍可運(yùn)行。傳統(tǒng)的多相電機(jī)驅(qū)動主電路的結(jié)構(gòu)為交-直-交電壓型變換器，即把傳統(tǒng)的三相交流電通過交直整流，先變成直流電，然后通過直交逆變電路，把直流電逆變成與電機(jī)相數(shù)相同的交流電；這種結(jié)構(gòu)由于中間電容的整流濾波作用，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓與輸入電壓的解耦控制，并對電網(wǎng)電壓的擾動具有一定的抑制能力；但是這種結(jié)構(gòu)存在如下缺點(diǎn)I)不能現(xiàn)在功率的雙向流動，當(dāng)電機(jī)處于制動狀態(tài)時，不能有效的將電能回饋給電網(wǎng)；2)輸入端的功率因素不可調(diào)，特別是當(dāng)電機(jī)工作在輕載時，網(wǎng)側(cè)的功率因素會比較低，對電網(wǎng)不利；3)因為電容的存在，使得整個設(shè)備的體積和重量大大增加。交-交變頻電路是把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，所采用的電力電子器件主要為晶閘管。交交變頻電路的輸出電壓是由許多段電網(wǎng)電壓拼接而成的，每段電網(wǎng)電壓的平均持續(xù)時間是由變流電路的脈波數(shù)決定的。因此當(dāng)輸出頻率增高時，輸出電壓一周期內(nèi)所含電網(wǎng)電壓的波段數(shù)就會減少，波形畸變嚴(yán)重，這就使的輸出電壓的上限頻率一般不高于電網(wǎng)頻率的1/3 1/2，即約為20Hz。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā) 明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種通用性好，可擴(kuò)展性能強(qiáng)，效率高的基于多相矩陣變換器的多相電機(jī)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對多相電機(jī)的高精度的調(diào)速性能，并且整個控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯控制能力，特別適合于對可靠性要求比較高的場合。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)，包括一個多相矩陣變換器，該多相矩陣變換器由3X3n個雙向開關(guān)管組成一個3X3n的開關(guān)矩陣，每個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷通過控制器發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號來控制，輸入側(cè)與三相交流電源相連接，輸出側(cè)與相數(shù)為3Xn(n是> 2的正整數(shù))的多相電機(jī)相連接，該多相矩陣變換器作多相電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)與其相配套，用于實(shí)現(xiàn)多相電機(jī)的調(diào)速控制，網(wǎng)側(cè)功率因素的控制，以及電機(jī)制動時能量的回饋控制。作為優(yōu)選，多相矩陣變換器采用矢量控制與多相電機(jī)的矢量或直接轉(zhuǎn)矩陣控制相配合。發(fā)明有益的效果是與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其效率更高，整個控制系統(tǒng)將保證多相電機(jī)具有高精度的調(diào)速性能，能夠保證多相電機(jī)四相限運(yùn)行，在多相電機(jī)制動運(yùn)行時，能夠?qū)⒛芰炕仞伣o電網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)的效率；并且通過多相矩陣變換器的調(diào)制策略，能夠大大降低系統(tǒng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，如諧波和功率因素，將會有很大的改善，特別是當(dāng)多相電機(jī)工作于低負(fù)載時。


圖I基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖I中的多相電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；圖3基于多空間矢量的多相矩陣變換器驅(qū)動多相電機(jī)控制系統(tǒng)主電路的等效圖；圖4多相電機(jī)在定子d_q坐標(biāo)平面上的狀態(tài)矢量圖；圖5多相電機(jī)在定子d_q坐標(biāo)平面上最大矢量圖； 圖6虛擬整流側(cè)的電流空間矢量圖；圖7基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)的功能框具體實(shí)施例方式實(shí)施例本發(fā)明以六相電機(jī)為例對基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行說明，下面將結(jié)合附圖對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行詳細(xì)講解。參照圖1，基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)，包括多相矩陣變換器，該多相矩陣變換器由18個雙向開關(guān)管組成一個3X6的多相矩陣變換器，輸入側(cè)與三相交流電源相連接，輸出側(cè)與多相電機(jī)相連接，各個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷由控制發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號來控制。參照圖2，圖2為圖I中所示的六相電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，該六相電機(jī)的六相為ABC，XYZ，在空間上相差30度電角度。由圖I可知，該多相矩陣變換器為一個3X6的陳列，共有36 = 729個可選開關(guān)狀態(tài)，其中有3個為零狀態(tài)矢量，即當(dāng)6個輸出相{A，B，C，X，Y，Z}連于同一個輸入相時。
定義每個開關(guān)管的數(shù)學(xué)模型
權(quán)利要求
1.一種基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于包括一個多相矩陣變換器，該多相矩陣變換器由3 X 3n個雙向開關(guān)管組成一個3 X 3n的開關(guān)矩陣，每個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷通過控制器發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號來控制，輸入側(cè)與三相交流電源相連接，輸出側(cè)與相數(shù)為3Xn (n是> 2的正整數(shù))的多相電機(jī)相連接，該多相矩陣變換器作多相電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)與其相配套。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于多相矩陣變換器采用矢量控制與多相電機(jī)的矢量或直接轉(zhuǎn)矩陣控制相配合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于多相矩陣變換器驅(qū)動的多相電機(jī)控制系統(tǒng)，包括一個多相矩陣變換器，該多相矩陣變換器由3×3n個雙向開關(guān)管組成一個3×3n的開關(guān)矩陣，每個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷通過控制器發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號來控制，輸入側(cè)與三相交流電源相連接，輸出側(cè)與相數(shù)為3×n(n是≥2的正整數(shù))的多相電機(jī)相連接，該多相矩陣變換器作多相電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)與其相配套。發(fā)明有益的效果是與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其效率更高，整個控制系統(tǒng)將保證多相電機(jī)具有高精度的調(diào)速性能，能夠保證多相電機(jī)四相限運(yùn)行，在多相電機(jī)制動運(yùn)行時，能夠?qū)⒛芰炕仞伣o電網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)的效率；并且通過多相矩陣變換器的調(diào)制策略，能夠大大降低系統(tǒng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，如諧波和功率因素，將會有很大的改善，特別是當(dāng)多相電機(jī)工作于低負(fù)載時。
文檔編號H02P21/00GK102624316SQ20121011078
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者壽金喬, 張政毓, 林悅, 王海兵 申請人:杭州銳方科技有限公司