一種新型多通道并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種新型多通道并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個逆變器模塊并聯(lián)而成，多個逆變器子模塊在直流側(cè)直接和一個具有直流母線電容的直流電源并聯(lián)，在交流側(cè)分別串聯(lián)多組平波電抗器后直接并聯(lián)來驅(qū)動交流電機。該系統(tǒng)通過多個模塊化逆變器并聯(lián)實現(xiàn)，增大了電機調(diào)速系統(tǒng)的容量，同時使系統(tǒng)更易于模塊化設(shè)計和生產(chǎn)。多個逆變器模塊的直流側(cè)和交流側(cè)均直接并聯(lián)在一起，直流側(cè)共用了直流母線，交流側(cè)并聯(lián)后接交流電機，減小了整個電機調(diào)速系統(tǒng)的成本和體積。系統(tǒng)在某一個或幾個逆變器模塊故障的情況下仍可正常運行，增加了調(diào)速系統(tǒng)的容錯性能，提升了可靠性。這種結(jié)構(gòu)使得電機調(diào)速系統(tǒng)易于模塊化拓展，并且增強了其容錯性能。
【專利說明】一種新型多通道并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種交流電機調(diào)速系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于大功率交流電機調(diào)速和電能變換，屬于電力系統(tǒng)、電力電子、電機控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對交流電機調(diào)速系統(tǒng)的研究，主要是在變換電路的拓撲結(jié)構(gòu)和電力電子控制策略上面，目標是實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)速性能優(yōu)越、可靠性高、大功率化、高效率化以及對電網(wǎng)污染小。
[0003]為滿足電機驅(qū)動系統(tǒng)容量不斷增大的要求，并聯(lián)三相逆變器用來提高電機調(diào)速系統(tǒng)容量。并聯(lián)方式包括:(一)直流側(cè)采用多個電源獨立供電，交流側(cè)經(jīng)平波電抗器直接并聯(lián)；(二)直流側(cè)直接并聯(lián)于一個電源，交流側(cè)通過隔離變壓器經(jīng)平波電抗器并聯(lián)；(三)直流側(cè)直接并聯(lián)于一個電源，交流側(cè)經(jīng)平波電抗器直接并聯(lián)。前兩者需要獨立直流電源或隔離變壓器，帶來了系統(tǒng)體積、成本等問題，并且不易于模塊化拓展。第三種即為本實用新型所涉及的結(jié)構(gòu)方案，易于模塊化拓展，但第三種結(jié)構(gòu)如采用傳統(tǒng)控制策略會在并聯(lián)逆變器模塊之間引入環(huán)流。一些新型電機變頻調(diào)速系統(tǒng)采用多電平技術(shù)來提高調(diào)速系統(tǒng)的容量和改善調(diào)速性能，主要有級聯(lián)H橋型、二極管鉗位型、飛跨電容型和模塊化多電平變換器(MMC)。這些多電平技術(shù)都在一定程度上改善了變頻調(diào)速系統(tǒng)的諧波性能，但是這些多電平變換器都是針對將系統(tǒng)電壓等級升高，并不涉及通過多個變換器并聯(lián)來實現(xiàn)電機調(diào)速系統(tǒng)電流的增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前并聯(lián)逆變器電機調(diào)速系統(tǒng)不易模塊化拓展的缺點，本實用新型提出一種新型多通道并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)，它通過直接并聯(lián)多個模塊化逆變器來提高電機調(diào)速系統(tǒng)的容量。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)，其特征是:所述系統(tǒng)包含多個逆變器模塊，所述多個逆變器模塊的直流側(cè)和一個并聯(lián)有直流母線電容的直流電源直接并聯(lián)，所述多個逆變器模塊的交流側(cè)分別串聯(lián)一組平波電抗器后直接并聯(lián)以驅(qū)動交流電機。
[0006]逆變器模塊的拓撲結(jié)構(gòu)是由6個反并聯(lián)二極管的IGBT構(gòu)成的三相全橋電路。
[0007]本實用新型的有益效果是:
[0008]1、本實用新型并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)通過多個模塊化逆變器并聯(lián)實現(xiàn)，增大了電機調(diào)速系統(tǒng)的容量，同時使系統(tǒng)更易于模塊化設(shè)計和生產(chǎn)。
[0009]2、多個逆變器模塊的直流側(cè)和交流側(cè)均直接并聯(lián)在一起，直流側(cè)共用了直流母線，交流側(cè)并聯(lián)后接交流電機，減小了整個電機調(diào)速系統(tǒng)的成本和體積。
[0010]3、本實用新型并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)在某一個或幾個逆變器模塊故障的情況下仍可正常運行，增加了調(diào)速系統(tǒng)的容錯性能，提升了可靠性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的并聯(lián)逆變器電機調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是本實用新型的并聯(lián)逆變器電機調(diào)速系統(tǒng)的控制框圖。
[0013]圖3是本實用新型的移相隨機脈寬調(diào)制策略原理圖。
[0014]圖4是本實用新型的基于動態(tài)調(diào)節(jié)SVPWM零矢量的并聯(lián)逆變器環(huán)流抑制原理圖。
[0015]圖中各標號定義如下:
[0016]1.1為直流電源，1.2為直流母線電容，1.3、1.4、1.5為逆變器模塊，1.6、1.7、1.8為平波電抗器，1.9交流電機；2.1,4.1為減法器，2.2、4.2為PI調(diào)節(jié)器，2.3除法器，2.4、
2.5,2.7為dq軸電流控制單元，2.6,2.8為環(huán)流控制單元，2.9,2.10,2.11,4.3為SVPWM脈沖發(fā)生單元，2.12,2.13,2.14為逆變器控制模塊；3.1,3.2,3.3為三角載波信號，3.4為調(diào)制波信號，3.5、3.6、3.7為開關(guān)驅(qū)動脈沖信號。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案和工作原理做進一步說明。
[0018]如圖1所示，以3個逆變器模塊并聯(lián)為例，新型多通道并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)由逆變器模塊1.3、逆變器模塊1.4、逆變器模塊1.5并聯(lián)組成，3個逆變器模塊1.3、1.4、1.5的直流側(cè)和并聯(lián)有直流母線電容1.2的直流電源1.1直接并聯(lián)，交流側(cè)分別串聯(lián)平波電抗器1.6、1.7、1.8后直接并聯(lián)以驅(qū)動電機負載1.9。單個逆變器模塊的拓撲結(jié)構(gòu)是由6個反并聯(lián)二極管的IGBT構(gòu)成的三相全橋電路。本實用新型正是通過這種并聯(lián)多個逆變器模塊的方式來增大交流側(cè)的輸出電流，從而增大電機調(diào)速系統(tǒng)的容量。增大的系統(tǒng)容量與并聯(lián)逆變器模塊的個數(shù)成比例。這種模塊化的逆變器并聯(lián)方式使得電機調(diào)速系統(tǒng)易于模塊化拓展，在電機調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變的情況下，只要在原基礎(chǔ)上直接多并聯(lián)若干個逆變器模塊就可以增大調(diào)速系統(tǒng)的容量。同時這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)的容錯性能大大增加，在某個或某幾個逆變器模塊發(fā)生故障時，通過切除故障模塊，可減小負載功率，剩余的逆變器模塊使得整個電機調(diào)速系統(tǒng)仍可正常運行。根據(jù)電機調(diào)速系統(tǒng)的要求，每個逆變器模塊在對應(yīng)的逆變器控制模塊輸出的6路PWM驅(qū)動信號的驅(qū)動下，將直流電源逆變成特定頻率和幅值的三相交流電。逆變器模塊的輸出電流經(jīng)與之串聯(lián)的平波電抗器濾波后在交流側(cè)并聯(lián)處疊加，從而增大了總的輸出電流，增大了電機調(diào)速系統(tǒng)的容量。
[0019]本實用新型的新型多通道并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)所采用的控制方式是在dqO坐標系下采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制實現(xiàn)的。
[0020]如圖2所示，將電機給定轉(zhuǎn)速參考值ω*與實際轉(zhuǎn)速ω通過減法器2.1進行比較，并通過PI調(diào)節(jié)器2.2得到電機轉(zhuǎn)矩電流參考值，再通過除法器2.3得到各個逆變器模塊的q軸電流參考值i/。這種逆變器模塊q軸電流參考值的獲取方式也間接引入了負載均分控制。給定3組逆變器控制模塊的d軸參考電流idl' id/、id3*均為0，3個dq軸電流控制單元2.4,2.5、2.7和2個環(huán)流控制單元2.6,2.8實時采集各個并聯(lián)逆變器模塊輸出的三相電流并與參考電流相比較，控制3個逆變器模塊的SVPWM脈沖發(fā)生單元2.9、2.10,2.11產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動信號，使電機調(diào)速系統(tǒng)達到調(diào)速和抑制環(huán)流的要求。
[0021]通過在各逆變器模塊的載波信號間加入移相角θ，( Θ為2π/Ν，其中N為并聯(lián)逆變器模塊個數(shù))，并采用隨機數(shù)序列IV1=Aui (1-Ui)，其中Ui為第i個迭代數(shù)，ui+1為第i+Ι個迭代數(shù)，A為迭代函數(shù)增益。本具體實施例將A取4，獲得一系列隨機的迭代數(shù)，從而用來隨機化各逆變器模塊的載波信號頻率。如圖3，載波信號3.1、3.2、3.3和調(diào)制信號3.4相調(diào)制生成3個逆變器模塊的移相隨機PWM驅(qū)動脈沖3.5、3.6、3.7。這種載波移相的隨機空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)策略等效提高了逆變系統(tǒng)的開關(guān)頻率，改善了并聯(lián)逆變器輸出電流的諧波性能，平均化了窄頻帶內(nèi)開關(guān)次諧波能量，增強了電機調(diào)速系統(tǒng)電磁抗干擾能力。
[0022]如圖4所示，環(huán)流控制單元包括比較器4.1、PI調(diào)節(jié)器4.2，為避免各個逆變器模塊開關(guān)動作不一致或參數(shù)不相同，通過環(huán)流控制單元實時采樣單個逆變器模塊的零序電流iz,與參考零序電流iz*=0通過比較器4.1進行比較，并通過PI調(diào)節(jié)器4.2得到零向量作用時間比例系數(shù)k。動態(tài)調(diào)節(jié)系數(shù)k即動態(tài)調(diào)節(jié)了 SVPWM脈沖發(fā)生單元中不同空間零矢量的作用時間，從而達到抑制環(huán)流的目的，以保證調(diào)速系統(tǒng)正常工作。本實用新型以3組逆變器并聯(lián)電機調(diào)速系統(tǒng)為例，只要給兩組逆變器控制模塊2.13,2.14進行環(huán)流控制就能實現(xiàn)3組逆變器的環(huán)流抑制。若并聯(lián)逆變器模塊數(shù)為N，只要給其中任意N-1個逆變器模塊進行環(huán)流控制就能實現(xiàn)N組逆變器的環(huán)流控制。
[0023]最后，本實用新型采用DSP+FPGA混合硬件結(jié)構(gòu)作為SVPWM脈沖發(fā)生單元產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號，DSP進行各種信號的采集和運算，利用FPGA管腳數(shù)量多和易配置性，輸出3 X 6路PWM脈沖驅(qū)動信號。
【權(quán)利要求】
1.一種并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)，其特征是:所述系統(tǒng)包含多個逆變器模塊，所述多個逆變器模塊的直流側(cè)和一個并聯(lián)有直流母線電容的直流電源直接并聯(lián)，所述多個逆變器模塊的交流側(cè)分別串聯(lián)一組平波電抗器后直接并聯(lián)以驅(qū)動交流電機。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)逆變器饋電電機調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于逆變器模塊的拓撲結(jié)構(gòu)是由6個反并聯(lián)二極管的IGBT構(gòu)成的三相全橋電路。
【文檔編號】H02P27/08GK203562987SQ201320745654
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】王政, 鄭楊, 陳健, 程明 申請人:東南大學(xué)