一種帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，其主要包括單相可控整流模塊、三相逆變模塊、DSP控制模塊、高壓DC/DC模塊、低壓DC/DC模塊。該裝置正常運(yùn)行時，DSP控制模塊首先通過可控整流模塊調(diào)節(jié)母線電壓至起動電壓值，然后控制三相逆變模塊驅(qū)動永磁電機(jī)運(yùn)行，并逐步提高母線電壓至額定值，系統(tǒng)同時通過電壓傳感器監(jiān)控外部交流電源，如果外部電力失效，那么DSP控制模塊控制高壓DC/DC變換器模塊運(yùn)行，并關(guān)閉可控整流模塊和三相逆變模塊，此時永磁電機(jī)進(jìn)入發(fā)電模式，系統(tǒng)依靠電機(jī)回饋的能量通過高壓DC/DC模塊和低壓DC/DC模塊轉(zhuǎn)化為磁軸承的功率電源和控制電源，實(shí)現(xiàn)磁懸浮分子泵系統(tǒng)在外部電力失效情況下的補(bǔ)償功能。
【專利說明】—種帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，能夠驅(qū)動高速磁懸浮永磁電機(jī)，實(shí)現(xiàn)軟起動功能，同時在外部電力失效時，能夠通過控制開關(guān)電源變換裝置將永磁電機(jī)回饋的能量轉(zhuǎn)換為所需的電源類型，實(shí)現(xiàn)對磁軸承電源系統(tǒng)的實(shí)時補(bǔ)償，防止轉(zhuǎn)子在工作時直接跌落在轉(zhuǎn)子上，特別適用于對于電源可靠性要求苛刻的高速磁懸浮分子泵電機(jī)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]分子泵是獲得超高真空環(huán)境的高端科學(xué)儀器設(shè)備的關(guān)鍵核心部件，是我國尖端科學(xué)儀器、國防領(lǐng)域核心器件、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)工藝裝備研制必不可少的關(guān)鍵儀器設(shè)備。根據(jù)轉(zhuǎn)子的支承方式，分子泵分為機(jī)械軸承分子泵和磁懸浮分子泵。和機(jī)械軸承分子泵相比，磁懸浮分子泵采用磁懸浮電機(jī)系統(tǒng)作為驅(qū)動裝置，轉(zhuǎn)速高，抽速大，壓縮比大，無需潤滑，不存在油擴(kuò)散污染，無摩擦，壽命長。
[0003]磁軸承系統(tǒng)采用電磁力來支承轉(zhuǎn)子，對于電源可靠性要求極高，傳統(tǒng)的磁懸浮分子泵電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)并不具備磁軸承電力失效補(bǔ)償?shù)墓δ?。磁懸浮分子泵一般采用不間斷電源系統(tǒng)或者使用基于電機(jī)能量回饋的開關(guān)電源裝置，具備一定的電力失效補(bǔ)償能力，其中不間斷電源系統(tǒng)必須使用化學(xué)電池，增加了系統(tǒng)硬件和維護(hù)成本，而基于電機(jī)能量回饋的開關(guān)電源使用的是集成的模擬控制芯片，采用傳統(tǒng)的模擬控制方法，這種控制方式對于開關(guān)電源變換器的非線性和參數(shù)時變特性無法進(jìn)行有效補(bǔ)償，此外其工作獨(dú)立于電機(jī)的驅(qū)動裝置，無法和整個分子泵控制系統(tǒng)進(jìn)行有效通訊，限制了系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有磁懸浮分子泵系統(tǒng)電力失效補(bǔ)償時所采用的的開關(guān)電源系統(tǒng)無法對于開關(guān)變換器所具有的非線性和參數(shù)時變特性進(jìn)行有效控制的不足，提出一種以DSP為核心,基于數(shù)字控制技術(shù)的，帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮永磁電機(jī)控制裝置。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，包括:
[0006]單相可控整流模塊2:與DSP控制器模塊3相連接，輸入220V單相交流電，DSP控制模塊3以霍爾電壓傳感器4的輸出作為反饋，通過電壓閉環(huán)控制輸出相控整流信號，控制單相可控整流模塊2實(shí)現(xiàn)AC/DC相控整流，輸出OV?310V可調(diào)的直流電壓，為三相逆變橋模塊8提供直流母線電壓；
[0007]DSP控制器模塊3:作為整個電機(jī)控制裝置的核心模塊，與單相可控整流模塊2、三相逆變橋模塊8、高壓DC/DC模塊6、低壓DC/DC模塊7相連接，通過霍爾電壓傳感器4的輸出作為反饋，產(chǎn)生相控整流信號，控制單相可控整流模塊2實(shí)現(xiàn)AC/DC可控整流，通過霍爾電流傳感器5的輸出作為反饋，使用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)電機(jī)控制器產(chǎn)生PWM信號，控制三相逆變橋模塊8,實(shí)現(xiàn)對永磁電機(jī)11的驅(qū)動,通過對電壓傳感器I的輸出進(jìn)行監(jiān)控，在外部電力失效時，采用電壓傳感器4的輸出作為反饋，通過電壓控制器產(chǎn)生PWM信號，控制高壓DC/DC模塊6，實(shí)現(xiàn)對永磁電機(jī)的回饋能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到磁軸承功放系統(tǒng)電源，另外低壓DC/DC模塊7在系統(tǒng)外部電力失效時，輸出+5V和+15V為DSP控制器模塊3供電；
[0008]高壓DC/DC模塊6:與DSP控制器模塊3、低壓DC/DC模塊7以及磁軸承功放系統(tǒng)9相接，正常工作時DSP控制器模塊3關(guān)閉PWM信號，高壓DC/DC模塊6不工作，當(dāng)外部電力失效時，DSP控制器模塊3根據(jù)電壓傳感器4以及預(yù)定值，通過電壓閉環(huán)非線性滑?？刂破鳟a(chǎn)生PWM信號，驅(qū)動高壓DC/DC模塊6，實(shí)現(xiàn)對于電機(jī)回饋能量的轉(zhuǎn)換，輸入為電機(jī)直流母線電壓，輸出+28V，為磁軸承功放系統(tǒng)9和低壓DC/DC模塊7提供直流電源；
[0009]低壓DC/DC模塊7:與高壓DC/DC模塊6、DSP控制器模塊3和磁軸承控制系統(tǒng)10相連接，正常運(yùn)行時不工作，而當(dāng)外部電力失效時，高壓DC/DC模塊6輸出+28V直流電壓作為其輸入，通過隔離DC/DC模塊轉(zhuǎn)化為+5V和+15V，為DSP控制模塊3提供控制電源；
[0010]三相逆變橋模塊8:與單相可控整流模塊2和DSP控制器模塊3輸出相連接，輸入相控整流出的直流電壓，DSP控制器模塊3根據(jù)電流傳感器5的輸出作為反饋，按照給定的轉(zhuǎn)速，通過電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制器輸出PWM信號，控制三相逆變橋模塊8將直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，?qū)動永磁電機(jī)11。
[0011]所述的帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，所述DSP控制器模塊3采用TMS320F28335浮點(diǎn)型DSP作為核心控制芯片。
[0012]所述的帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，所述電機(jī)控制裝置采用單相可控整流模塊取代了傳統(tǒng)不同整流橋，并將整流橋控制軟件算法和永磁電機(jī)驅(qū)動算法使用單片DSP控制器實(shí)現(xiàn)，且電機(jī)的軟起動過程為:
[0013](I )DSP控制模塊3控制單相可控整流模塊2實(shí)現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出預(yù)設(shè)的軟起動電壓，此時DSP控制模塊3控制三相逆變橋模塊8關(guān)閉；
[0014](2)DSP控制模塊3通過電壓傳感器4監(jiān)測母線電壓，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)設(shè)的軟起動電壓，DSP控制模塊3輸出6路PWM信號，采用三相六拍的驅(qū)動方式，PWM采用H_PWM_L_0N的調(diào)制方式，控制逆變橋，驅(qū)動電機(jī)，且PWM占空比從O升至50%，電機(jī)開始加速；
[0015](3) DSP控制模塊3控制單相可控整流模塊2逐漸升高直流母線電壓至電機(jī)額定電壓，此過程中DSP控制器模塊3保持驅(qū)動三相逆變橋模塊8的PWM占空比50% ；
[0016](4)DSP控制模塊3控制單相可控整流模塊2的輸出穩(wěn)定在電機(jī)額定電壓，采用電流傳感器5的輸出、電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值以及轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值，使用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器來計(jì)算控制量，轉(zhuǎn)化為PWM信號，輸出至三相逆變橋模塊8，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電機(jī)起動從開環(huán)控制至閉環(huán)控制的切換。
[0017]所述的帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，外部電力失效時，帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮永磁電機(jī)控制裝置的處理過程為:
[0018](I)DSP控制器模塊3首先進(jìn)行故障診斷，進(jìn)行現(xiàn)場控制參數(shù)的存儲；
[0019](2)DSP控制器模塊3根據(jù)預(yù)設(shè)值和電壓傳感器4控制高壓DC/DC模塊輸出+28V，同時關(guān)閉三相逆變橋模塊8和單相可控整流模塊2 ；
[0020](3) DSP控制器模塊3根據(jù)電壓傳感器4，監(jiān)測電機(jī)直流母線電壓低于+30V時，逐步降低給定值，直至低于+15V，低壓DC/DC模塊停止工作，整個系統(tǒng)停止工作。[0021]本發(fā)明的原理:本發(fā)明功能上分為電機(jī)驅(qū)動裝置和電力失效補(bǔ)償裝置，電機(jī)正常運(yùn)行時，DSP控制器模塊首先通過控制單相可控整流模塊和三相逆變器模塊實(shí)現(xiàn)軟起動功能，然后固定母線電壓，通過電流傳感器的反饋，采用PI控制器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，此時電力失效補(bǔ)償裝置不工作；系統(tǒng)外部電力出現(xiàn)失效時，DSP控制器關(guān)閉三相逆變器模塊和單項(xiàng)可控整流模塊，此時磁懸浮永磁電機(jī)工作在發(fā)電模式下，DSP控制器根據(jù)母線電壓數(shù)值，采用非線性滑?？刂破?，對電力失效補(bǔ)償裝置中的高壓DC/DC開關(guān)變換器模塊進(jìn)行電壓閉環(huán)控制，將永磁電機(jī)回饋的能量轉(zhuǎn)化為磁軸承功放電源，同時通過低壓DC/DC變換器模塊轉(zhuǎn)化為電機(jī)和磁軸承控制電源，從而實(shí)現(xiàn)磁軸承系統(tǒng)的電力失效補(bǔ)償。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明是將電力失效補(bǔ)償裝置和永磁電機(jī)驅(qū)動裝置集成在一起，采用DSP控制器進(jìn)行統(tǒng)一控制，在正常情況下DSP控制器通過整流和逆變裝置驅(qū)動磁懸浮永磁電機(jī)，在電機(jī)外部電力失效情況下，DSP控制器控制非線性控制器控制電力失效補(bǔ)償裝置中的開關(guān)變換器，進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換，對磁軸承系統(tǒng)進(jìn)行電力失效補(bǔ)償，與現(xiàn)有的磁懸浮分子泵電機(jī)驅(qū)動裝置相比具有以下特點(diǎn):
[0023]( I)本發(fā)明將電力失效補(bǔ)償裝置集成到電機(jī)控制系統(tǒng)中，采用DSP控制器進(jìn)行基于數(shù)字控制算法的統(tǒng)一處理，在電力正常時，DSP控制器驅(qū)動永磁電機(jī)運(yùn)行，而在外部電力失效時，DSP控制器則控制電力失效補(bǔ)償裝置中的開關(guān)變換器進(jìn)行電力變換，和傳統(tǒng)將分子泵電機(jī)驅(qū)動裝置和開關(guān)電源系統(tǒng)分開控制的方法相比，能夠提高系統(tǒng)的集成度和通用性，無需對開關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行特殊要求。
[0024](2)本發(fā)明的電力失效補(bǔ)償裝置中的開關(guān)變換器控制采用基于數(shù)字控制算法的非線性滑?？刂破?，和傳統(tǒng)的基于模擬控制方法的開關(guān)電源相比，能夠有效的補(bǔ)償開關(guān)變換器的非線性和參數(shù)時變特性，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和魯棒性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成框圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的電機(jī)電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制框圖；
[0027]圖3為本發(fā)明的開關(guān)變換器電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖；
[0028]圖4為本發(fā)明的單相可控整流模塊電路；
[0029]圖5為本發(fā)明的三相逆變器模塊電路；
[0030]圖6為本發(fā)明的高壓DC/DC變換器模塊電路；
[0031]圖7為本發(fā)明的軟件工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明主要包括可控整流模塊2、三相逆變模塊8、DSP控制模塊3、高壓DC/DC模塊6和低壓DC/DC模塊7。該裝置正常運(yùn)行時，DSP控制模塊3首先通過單相可控整流模塊2調(diào)節(jié)母線電壓至起動電壓值，然后控制三相逆變模塊8驅(qū)動永磁電機(jī)運(yùn)行，并逐步提高母線電壓至額定值，DSP控制模塊3輸出6路PWM信號，采用三相六拍的驅(qū)動方式，PWM采用“H_PWM_L_0N”的調(diào)制方式，控制逆變橋，驅(qū)動電機(jī)，且PWM占空比從O升至50%，電機(jī)開始加速，DSP控制模塊3通過電壓傳感器4檢測母線電壓，同時控制單相可控整流模塊2逐漸升高直流母線電壓至電機(jī)額定電壓，此過程中DSP控制器模塊3保持驅(qū)動三相逆變橋模塊8的PWM占空比50%，DSP控制模塊3控制單相可控整流模塊2的輸出穩(wěn)定在電機(jī)額定電壓，采用電流傳感器5的輸出、電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值以及轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值，使用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器來計(jì)算控制量，轉(zhuǎn)化為PWM信號，輸出至三相逆變橋模塊8，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電機(jī)起動從開環(huán)控制至閉環(huán)控制的切換，系統(tǒng)同時通過電壓傳感器I監(jiān)控外部交流電源，外部電力失效時，DSP控制模塊3控制高壓DC/DC變換器6模塊運(yùn)行，關(guān)閉單相可控整流模塊2和三相逆變模塊8，此時永磁電機(jī)進(jìn)入發(fā)電模式，系統(tǒng)依靠電機(jī)回饋的能量通過高壓DC/DC模塊6和低壓DC/DC模塊7轉(zhuǎn)化為磁軸承的功率電源和控制電源，實(shí)現(xiàn)磁懸浮分子泵系統(tǒng)在外部電力失效情況下的補(bǔ)償功能。
[0034]如圖2所示，給出了本發(fā)明的電機(jī)電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖，電機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)值和實(shí)際估計(jì)的轉(zhuǎn)速的差，輸送給DSP控制系統(tǒng)模塊中的PI轉(zhuǎn)速控制器，經(jīng)過計(jì)算得出電機(jī)的輸出電磁力矩，將對應(yīng)的電流給定送給DSP控制系統(tǒng)模塊中的PI電流傳感器，計(jì)算出系統(tǒng)的PWM控制量，采用“H_PWM_L_0N”的調(diào)制方式，控制三相逆變橋，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0035]如圖3所示，給出了本發(fā)明的開關(guān)變換器電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)首先獲得給定參考電壓，然后根據(jù)輸出電壓傳感器得到的輸出電壓反饋，輸入DSP控制系統(tǒng)模塊中，通過非線性滑?？刂破饔?jì)算出PWM控制量，控制高壓DC/DC變換器的開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，另外為了克服系統(tǒng)參數(shù)的時變特性，采用了卡爾曼濾波器Q(S)對系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時在線估計(jì)，根據(jù)估計(jì)參數(shù)進(jìn)行控制參數(shù)的在線調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)基于非線性滑模控制的電流電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0036]如圖4所示，給出了本發(fā)明的單相可控整流模塊電路，該電路包括DA芯片和單相全隔離橋式全控整流調(diào)壓器模塊。DSP控制系統(tǒng)模塊根據(jù)要求計(jì)算出所需控制量，通過SPI總線和DA芯片進(jìn)行通訊，控制DA輸出O?+5V模擬量，控制單相全隔離橋式全控整流調(diào)壓器模塊，對單相交流電進(jìn)行相控整流，從而控制輸出的直流電壓。
[0037]如圖5所示，給出了本發(fā)明的逆變模塊電路，該功率器件采用了 Fairchild公司的SPM芯片F(xiàn)SBB30CH60，該芯片耐壓600V，額定電流30A，逆變模塊工作時，DSP控制模塊根據(jù)控制需求輸出的6路PWM控制信號，通過隔離芯片輸送給FSBB30CH60芯片，從而控制三相逆變橋的開關(guān)，對母線電壓進(jìn)行逆變，驅(qū)動電機(jī)。系統(tǒng)在工作時，只需一路+15V功率電源，通過Rbsl、Rbs2、Rbs3、Dbsl、Dbs2、Dbs3、Cbsl、Cbs2和Cbs3組成的自舉電路進(jìn)行供電，節(jié)省了驅(qū)動電源，降低成本。
[0038]如圖6所示，給出了本發(fā)明的高壓DC/DC模塊電路，該電路采用基于Buck結(jié)構(gòu)的DC/DC變換器結(jié)構(gòu)，輸入為電機(jī)系統(tǒng)的母線電壓，開關(guān)管采用1200V IGBT，能夠兼容單相和三相交流電源供電的電機(jī)控制系統(tǒng)，高壓直流電源通過Rl和R2NTC電阻限制了母線電容Cdcl、Cdc2、Cdc3和Cdc4充電電流，然后通過Q2、L1、D2和C3組成的Buck變換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，Ul和U3為霍爾電壓傳感器，為控制系統(tǒng)提供Buck變換器的反饋電壓和輸入電壓，，Buck變換器輸出經(jīng)過二極管D3防止電流倒流。
[0039]如圖7所示，給出了本發(fā)明的軟件控制流程圖，系統(tǒng)上電后，進(jìn)行系統(tǒng)的開機(jī)自檢，系統(tǒng)通過各個傳感器檢測電壓、電流的測量值以及開關(guān)管狀態(tài)是否正常，如果各硬件正常且外部電源沒有出現(xiàn)電力故障，那么系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，如果上位機(jī)給定指令起動電機(jī)，首先DSP控制模塊控制單相整流模塊調(diào)節(jié)母線電壓直至預(yù)設(shè)的啟動電壓值，然后逐步提升逆變器的PWM占空比，接著電機(jī)開始執(zhí)行電機(jī)的電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制算法，DSP控制模塊通過同時控制單相整流模塊和逆變器模塊，進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速控制，直至電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。電機(jī)工作期間，DSP控制系統(tǒng)始終通過外置電壓傳感器監(jiān)控系統(tǒng)的外部電源，如果系統(tǒng)出現(xiàn)電力故障，那么系統(tǒng)進(jìn)入電力補(bǔ)償模式，首先系統(tǒng)采用電壓閉環(huán)控制高壓DC/DC模塊輸出+28V，然后關(guān)閉單相整流調(diào)壓模塊和逆變器模塊，利用電機(jī)反饋回直流母線的能量進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換供給分子泵控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)磁軸承系統(tǒng)的電力補(bǔ)償功能，當(dāng)母線電壓低于+30V時，DSP控制模塊自動成比例降低系統(tǒng)輸出電壓，位置輸出電壓為輸入電壓的80%直至系統(tǒng)最終停止工作。
[0040]本發(fā)明雖為帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，但也可以作為一種通用的磁懸浮永磁電機(jī)驅(qū)動裝置，應(yīng)用者可以根據(jù)其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域通過修改系統(tǒng)硬件參數(shù)來靈活方便地實(shí)現(xiàn)其功能。
[0041]本發(fā)明未詳細(xì)公開的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0042]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，其特征在于:該裝置包括: 單相可控整流模塊(2):與DSP控制器模塊(3)相連接，輸入220V單相交流電，DSP控制模塊(3)以霍爾電壓傳感器(4)的輸出作為反饋，通過電壓閉環(huán)控制輸出相控整流信號，控制單相可控整流模塊(2)實(shí)現(xiàn)AC/DC相控整流，輸出OV~310V可調(diào)的直流電壓，為三相逆變橋模塊(8 )提供直流母線電壓； DSP控制器模塊(3):作為整個電機(jī)控制裝置的核心模塊，與單相可控整流模塊(2)、三相逆變橋模塊(8)、高壓DC/DC模塊(6)、低壓DC/DC模塊(7)相連接，通過霍爾電壓傳感器(4)的輸出作為反饋，產(chǎn)生相控整流信號，控制單相可控整流模塊(2)實(shí)現(xiàn)AC/DC可控整流，通過霍爾電流傳感器(5)的輸出作為反饋，使用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)電機(jī)控制器產(chǎn)生PWM信號，控制三相逆變橋模塊(8 )，實(shí)現(xiàn)對永磁電機(jī)(11)的驅(qū)動，通過對電壓傳感器(I)的輸出進(jìn)行監(jiān)控，在外部電力失效時，采用電壓傳感器(4)的輸出作為反饋，通過電壓控制器產(chǎn)生PWM信號，控制高壓DC/DC模塊(6)，實(shí)現(xiàn)對永磁電機(jī)的回饋能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到磁軸承功放系統(tǒng)電源，另外低壓DC/DC模塊(7)在系統(tǒng)外部電力失效時，輸出+5V和+15V為DSP控制器模塊(3)供電； 高壓DC/DC模塊(6):與DSP控制器模塊(3)、低壓DC/DC模塊(7)以及磁軸承功放系統(tǒng)(9)相接，正常工作時DSP控制器模塊(3)關(guān)閉PWM信號，高壓DC/DC模塊(6)不工作，當(dāng)外部電力失效時，DSP控制器模塊(3)根據(jù)電壓傳感器(4)以及預(yù)定值，通過電壓閉環(huán)PI控制器產(chǎn)生PWM信號，驅(qū)動高壓DC/DC模塊(6 )，實(shí)現(xiàn)對于電機(jī)回饋能量的轉(zhuǎn)換，輸入為電機(jī)直流母線電壓，輸出+28V，為磁軸承功放系統(tǒng)(9)和低壓DC/DC模塊(7)提供直流電源； 低壓DC/DC模塊(7):與高壓DC/DC模塊(6)、DSP控制器模塊(3)和磁軸承控制系統(tǒng)(10)相連接，正常運(yùn)行時不工作`，而當(dāng)外部電力失效時，高壓DC/DC模塊(6)輸出+28V直流電壓作為其輸入，通過隔離DC/DC模塊轉(zhuǎn)化為+5V和+15V，為DSP控制模塊(3)提供控制電源； 三相逆變橋模塊(8):與單相可控整流模塊(2)和DSP控制器模塊(3)輸出相連接，輸入相控整流出的直流電壓，DSP控制器模塊(3)根據(jù)電流傳感器(5)的輸出作為反饋，按照給定的轉(zhuǎn)速，通過電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制器輸出PWM信號，控制三相逆變橋模塊(8 )將直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，?qū)動永磁電機(jī)(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，其特征在于:所述DSP控制器模塊(3)采用TMS320F28335浮點(diǎn)型DSP作為核心控制芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，其特征在于:所述電機(jī)控制裝置采用單相可控整流模塊取代了傳統(tǒng)不同整流橋，并將整流橋控制軟件算法和永磁電機(jī)驅(qū)動算法使用單片DSP控制器實(shí)現(xiàn)，且電機(jī)的軟起動過程為: (1)DSP控制模塊(3)控制單相可控整流模塊(2)實(shí)現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出預(yù)設(shè)的軟起動電壓，此時DSP控制模塊(3)控制三相逆變橋模塊(8)關(guān)閉； (2)DSP控制模塊(3)通過電壓傳感器(4)監(jiān)測母線電壓，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)設(shè)的軟起動電壓，DSP控制模塊(3)輸出6路PWM信號，采用三相六拍的驅(qū)動方式，PWM采用H_PWM_L_ON的調(diào)制方式，控制逆變橋，驅(qū)動電機(jī)，且PWM占空比從O升至50%，電機(jī)開始加速； (3)DSP控制模塊(3)控制單相可控整流模塊(2)逐漸升高直流母線電壓至電機(jī)額定電壓，此過程中DSP控制器模塊(3)保持驅(qū)動三相逆變橋模塊(8)的PWM占空比50% ； (4)DSP控制模塊(3)控制單相可控整流模塊(2)的輸出穩(wěn)定在電機(jī)額定電壓，采用電流傳感器(5)的輸出、電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值以及轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值，使用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器來計(jì)算控制量，轉(zhuǎn)化為PWM信號，輸出至三相逆變橋模塊(8)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電機(jī)起動從開環(huán)控制至閉環(huán)控制的切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮分子泵電機(jī)控制裝置，其特征在于:外部電力失效時，帶有電力失效補(bǔ)償功能的磁懸浮永磁電機(jī)控制裝置的處理過程為: (1)DSP控制器模塊(3)首先進(jìn)行故障診斷，進(jìn)行現(xiàn)場控制參數(shù)的存儲； (2)DSP控制器模塊(3)根據(jù)預(yù)設(shè)值和電壓傳感器(4)控制高壓DC/DC模塊輸出+28V，同時關(guān)閉三相逆變橋模塊(8)和單相可控整流模塊(2)； (3)DSP控制器模塊(3)根據(jù)電壓傳感器(4)，監(jiān)測電機(jī)直流母線電壓低于+30V時，逐步降低給定值，直至低于+1`5V，低壓DC/DC模塊停止工作，整個系統(tǒng)停止工作。
【文檔編號】H02P23/10GK103701397SQ201410010383
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】劉剛, 毛琨, 鄭世強(qiáng), 韓邦成, 張櫻子, 孫慶文 申請人:北京航空航天大學(xué)