專利名稱：大慣量負(fù)載永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷電-重投控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大慣量負(fù)載永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷電-重投控制裝置，屬于大慣量負(fù)載永磁同步交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)電分相或供電短時(shí)中斷恢復(fù)的控制技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)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(jié)約能源已經(jīng)成為世界范圍電氣化發(fā)展的重要趨勢(shì)。作為高鐵機(jī)車、電動(dòng)汽車及大尺寸螺旋槳等大慣量負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)以其高效率、高功率因數(shù)和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，永磁同步電機(jī)作為大慣量負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，由于轉(zhuǎn)子永磁體存在恒定勵(lì)磁，其四象限驅(qū)動(dòng)技術(shù)及特殊エ況下的高可靠性控制技術(shù)還不夠成熟，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電短時(shí)中斷恢復(fù)及機(jī)車過(guò)分相區(qū)等狀況下的斷電-重投問(wèn)題是ー個(gè)難點(diǎn)。國(guó)外在這方面的研究已取得一定成果，我國(guó)也逐步展開深入的研究。在電氣化鐵道中接觸網(wǎng)常采用分段換相供電，機(jī)車受電弓必須在無(wú)電流的情況下進(jìn)出分相絕緣器，此時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入側(cè)經(jīng)歷供電中斷一再恢復(fù)過(guò)程，必然導(dǎo)致逆變器輸出到電機(jī)的斷電一重投；電動(dòng)汽車及螺旋槳等在實(shí)際工作過(guò)程中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)可恢復(fù)型故障時(shí)，如直流母線電壓短時(shí)跌落或保護(hù)電路動(dòng)作及再恢復(fù)，也會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器輸出到電機(jī)的斷電一重投。因此，在正常運(yùn)行エ況下，永磁同步電機(jī)作為牽引電機(jī)不可避免地存在斷電-重投問(wèn)題。與采用鼠籠結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)不同，當(dāng)轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁的永磁同步電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行斷電-重投時(shí)，會(huì)處于不可控發(fā)電狀態(tài)，尤其在高速下電機(jī)反電勢(shì)電壓幅值很高，電壓波形與逆變器驅(qū)動(dòng)波形差異大，不恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓重新投入勢(shì)必導(dǎo)致強(qiáng)烈的電流和機(jī)械沖擊，甚至損毀驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的特殊性，若在交流側(cè)進(jìn)行斷電-重投控制，無(wú)論是采用相位同步法或規(guī)劃的電壓矢量牽入法，還是在動(dòng)態(tài)過(guò)程的機(jī)理分析、研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行切換過(guò)程的主動(dòng)控制方法等，都無(wú)法從根本上消除轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)變化帶來(lái)的沖擊，而且其控制機(jī)理及過(guò)程復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問(wèn)題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種大慣量負(fù)載永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷電-重投控制裝置。技術(shù)方案一種大慣量負(fù)載永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷電-重投控制裝置，其特征在于包括供電電源、直流母線支撐電容、帶續(xù)流裝置的三相全橋逆變電路、檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)及控制電路；供電電源與直流母線支撐電容并聯(lián)后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(cè)接ー個(gè)直流母線開關(guān)S，開關(guān)S與供電電源之間接ー個(gè)電壓檢測(cè)裝置Ul用以實(shí)時(shí)檢測(cè)供電電源的電壓，支撐電容與三相全橋逆變電路之間設(shè)ー個(gè)電壓檢測(cè)裝置U2用以實(shí)時(shí)檢測(cè)支撐電容兩端的電壓，控制電路輸入端接電壓檢測(cè)U1、U2以及三相永磁電機(jī)電流反饋和位置反饋信號(hào)，輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的三相電壓信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路輸出端接三相全橋逆變電路PWM信號(hào)輸入端，三相全橋逆變電路輸出端接電機(jī)三相電壓輸入端。有益效果本發(fā)明提出的一種大慣量負(fù)載永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷電-重投控制裝置，采用以能量轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)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(guò)程帶來(lái)的強(qiáng)烈的電流和機(jī)械沖擊，具有穩(wěn)定、可靠、適用性好的特點(diǎn)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果在于(I)永磁同步電機(jī)斷電-重投由交流側(cè)重投改為直流側(cè)重投，重投控制參數(shù)簡(jiǎn)化 為直流電壓幅值，避免在交流側(cè)重投時(shí)因交流電壓波形的幅值、頻率、相位、相序等差異造成的沖擊；(2)通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速及直流母線電壓的控制，將機(jī)車或螺旋槳等的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存于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采用能量等效與傳統(tǒng)電機(jī)控制策略相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定控制。

圖I :為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)圖；圖2 :為一種車輛永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)用控制系統(tǒng)框圖
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述本發(fā)明的技術(shù)方案為永磁同步電機(jī)在驅(qū)動(dòng)大慣量負(fù)載以一定的初速度運(yùn)行吋，在交流輸入或直流電源斷電瞬間，斷開主回路與電源通路，通過(guò)檢測(cè)直流母線環(huán)節(jié)電壓，運(yùn)用提出的再生回饋控制策略，使得永磁同步電機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，電機(jī)輸出的三相交流電經(jīng)帶續(xù)流裝置的三相全橋逆變電路回饋到直流側(cè)，使得直流母線支撐電容上的電壓維持在額定值。由此，借助一定速度的大慣量負(fù)載所提供的動(dòng)能，以永磁電機(jī)的減速再生回饋，換得直流母線電壓的穩(wěn)定。然后，在檢測(cè)到交流輸入或直流電源供電恢復(fù)時(shí)，在直流母線電壓未下降或者下降幅值不大的前提下，重新將主回路與電源接通，即進(jìn)行直流重役，則可削弱或避免斷電-重投過(guò)程帶來(lái)的電氣及機(jī)械沖擊。本發(fā)明主要結(jié)構(gòu)如下①供電電源E :可為電網(wǎng)單相或三相供電，也可為有限能源供電，如各類型電池或發(fā)電機(jī)。②直流母線開關(guān)S :繼電器、接觸器等可控型電力開關(guān)。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(chǔ)能裝置⑤三相全橋逆變電路帶續(xù)流裝置⑥三相永磁同步電機(jī)[0026]本發(fā)明的實(shí)施對(duì)象為三相永磁同步電機(jī)，該電機(jī)應(yīng)用于電カ牽引、電動(dòng)汽車、螺旋槳等大慣量負(fù)載中。
具體實(shí)施方式
斷電-重投系統(tǒng)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(xù)流裝 置的三相全橋逆變電路、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)及控制電路等組件。其工作原理為斷電時(shí)，直流母線支撐電容兩端的電壓U2逐步減小，通過(guò)直流母線支撐電容電壓傳感器V2檢測(cè)，當(dāng)U2小于一定的值時(shí)，認(rèn)為進(jìn)入斷電狀態(tài)，此時(shí)切斷直流母線開關(guān)S，并控制永磁同步電機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)樵偕l(fā)電狀態(tài)，使得電機(jī)輸出的三相交流電經(jīng)帶續(xù)流裝置的三相全橋逆變電路整流后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(dāng)直流母線電壓傳感器V2檢測(cè)到供電恢復(fù)時(shí)，控制直流母線支撐電容電壓U2與輸入側(cè)直流電壓U1幅值一致，并閉合直流母線開關(guān)S，達(dá)到無(wú)電壓差、無(wú)電流沖擊重役，從而削弱或避免引發(fā)電氣及機(jī)械沖擊。本發(fā)明以車輛用永磁同步電機(jī)為例介紹其實(shí)施方式，具體分為以下幾個(gè)步驟①給定電壓U*為直流側(cè)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(cè)的電壓值，可通過(guò)電壓傳感器實(shí)時(shí)獲得。②由于車輛的質(zhì)量是一個(gè)在線時(shí)常變化的量，本發(fā)明選擇常用的二分法或模型參考自適應(yīng)等在線識(shí)別的方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行慣量辨識(shí)，從而得到車輛的質(zhì)量。具體過(guò)程為假設(shè)一節(jié)車廂存在四根軸，每根軸上配備一臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，車輪滾動(dòng)半徑為r，則

權(quán)利要求1.一種大慣量負(fù)載永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷電-重投控制裝置，其特征在于包括供電電源、直流母線支撐電容、帶續(xù)流裝置的三相全橋逆變電路、檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)及控制電路；供電電源與直流母線支撐電容并聯(lián)后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(cè)接ー個(gè)直流母線開關(guān)S，開關(guān)S與供電電源之間接ー個(gè)電壓檢測(cè)裝置Ul用以實(shí)時(shí)檢測(cè)供電電源的電壓，支撐電容與三相全橋逆變電路之間設(shè)ー個(gè)電壓檢測(cè)裝置U2用以實(shí)時(shí)檢測(cè)支撐電容兩端的電壓，控制電路輸入端接電壓檢測(cè)U1、U2以及三相永磁電機(jī)電流反饋和位置反饋信號(hào)，輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的三相電壓信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路輸出端接三相全橋逆變電路PWM信號(hào)輸入端，三相全橋逆變電路輸出端接電機(jī)三相電壓輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大慣量負(fù)載永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷電-重投控制裝置，技術(shù)方案為供電電源與直流母線支撐電容并聯(lián)后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(cè)接一個(gè)直流母線開關(guān)S，開關(guān)S與供電電源之間接一個(gè)電壓檢測(cè)裝置U1用以實(shí)時(shí)檢測(cè)供電電源的電壓，支撐電容與三相全橋逆變電路之間設(shè)一個(gè)電壓檢測(cè)裝置U2用以實(shí)時(shí)檢測(cè)支撐電容兩端的電壓，控制電路輸入端接電壓檢測(cè)U1、U2以及三相永磁電機(jī)電流反饋和位置反饋信號(hào)，輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的三相電壓信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路輸出端接三相全橋逆變電路PWM信號(hào)輸入端，三相全橋逆變電路輸出端接電機(jī)三相電壓輸入端。
文檔編號(hào)H02P6/20GK202602581SQ201220243589
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者駱光照, 張圍圍, 劉衛(wèi)國(guó), 竇滿峰, 張新偉 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)