開放式繞組感應(yīng)電機3h橋驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)，屬于電機控制領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有開放式繞組感應(yīng)電機采用雙逆變器的調(diào)制算法復(fù)雜的問題。本發(fā)明方案：整流器輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容、A、B和C相H橋逆變器相；開放式繞組感應(yīng)電機的每相繞組并聯(lián)在A、B或C相H橋逆變器的兩個交流輸出端之間；V/F控制器接收轉(zhuǎn)速指令nr，V/F控制器輸出三相對稱正弦調(diào)制波uar,ubr,ucr給雙極性SPWM調(diào)制，雙極性SPWM調(diào)制將其與三角載波信號比較后產(chǎn)生6路開關(guān)信號，再經(jīng)隔離與驅(qū)動單元輸出12路驅(qū)動信號給A、B和C相H橋逆變器。
【專利說明】開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機的驅(qū)動系統(tǒng)，屬于電機控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)電機變頻調(diào)速系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)拖動、電力機車牽引等領(lǐng)域。傳統(tǒng)感應(yīng)電 機的繞組為星形連接，采用兩電平逆變器供電，直流電壓利用率較低。為提高逆變器輸出電 壓，出現(xiàn)了二極管鉗位型、飛跨電容型、級聯(lián)型等多電平逆變器拓撲，這些多電平逆變器存 在所用器件多、結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜、電容電壓需要均衡控制等問題，限制了其應(yīng)用。為解決上 述問題，可將電機繞組中性點拆分開，形成三相獨立的開放式繞組感應(yīng)電機，由3個Η橋單 相逆變器為三相繞組供電，形成3Η橋逆變器驅(qū)動拓撲。采用3Η橋供電的開放式繞組感應(yīng) 電機系統(tǒng)能夠?qū)⒅绷髂妇€電壓提高一倍；另外，由于三相繞組獨立進行控制，當其中一相出 現(xiàn)故障后系統(tǒng)仍可采取措施容錯運行，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
[0003] 三相開放式繞組電機驅(qū)動拓撲，通常被看作兩個三相兩電平逆變器的級聯(lián)，將兩 個逆變器的開關(guān)管統(tǒng)一考慮，從雙逆變器的角度去實現(xiàn)SVPWM調(diào)制，調(diào)制算法較為復(fù)雜。另 夕卜，雙逆變器輸出的空間電壓矢量中大部分伴隨零序電壓，零序電壓如不加以控制會導(dǎo)致 嚴重的零序電流，增加系統(tǒng)損壞，占用逆變器容量，甚至使系統(tǒng)無法正常運行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有開放式繞組感應(yīng)電機采用雙逆變器的調(diào)制算法復(fù)雜 的問題，提供了一種開放式繞組感應(yīng)電機3Η橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器。
[0005] 本發(fā)明所述開放式繞組感應(yīng)電機3Η橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器，它包括整流器、直 流濾波電容、3Η橋逆變器、V/F控制器、雙極性SPWM調(diào)制和隔離與驅(qū)動單元；3Η橋逆變器由 Α相Η橋逆變器、Β相Η橋逆變器和C相Η橋逆變器構(gòu)成；
[0006] 整流器輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容、Α相Η橋逆變器、Β相Η橋逆變 器和C相Η橋逆變器；
[0007] 開放式繞組感應(yīng)電機的Α相繞組并聯(lián)在Α相Η橋逆變器的兩個交流輸出端之間；
[0008] 開放式繞組感應(yīng)電機的Β相繞組并聯(lián)在Β相Η橋逆變器的兩個交流輸出端之間；
[0009] 開放式繞組感應(yīng)電機的C相繞組并聯(lián)在C相Η橋逆變器的兩個交流輸出端之間； [0010] V/F控制器接收轉(zhuǎn)速指令n,，V/F控制器輸出三相對稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。,給雙 極性SPWM調(diào)制，雙極性SPWM調(diào)制將輸入的三相對稱正弦調(diào)制波u a,，ub,，u。，與三角載波信 號比較后產(chǎn)生6路開關(guān)信號，再經(jīng)隔離與驅(qū)動單元輸出12路驅(qū)動信號給A相Η橋逆變器、 Β相Η橋逆變器和C相Η橋逆變器。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點：將傳統(tǒng)三相星接繞組感應(yīng)電機的中性點拆分開，形成三相繞組可 以獨立控制的開放式繞組感應(yīng)電機，并采用三個共直流母線的Η橋單相逆變器為三相繞組 供電，對每個Η橋進行獨立的雙極性SPWM控制，三相調(diào)制波為相位互差120°的正弦波，使 得系統(tǒng)零序電壓僅含有高頻分量，從而達到簡化逆變器調(diào)制策略、抑制系統(tǒng)零序電流的目 的。
[0012] 本發(fā)明簡化了開放式繞組感應(yīng)電機所用逆變器的調(diào)制策略，抑制系統(tǒng)零序電流， 提商系統(tǒng)運行性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動主電路拓撲圖；圖2為本發(fā)明的開 放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)框圖；圖3為本發(fā)明的A相雙極性SPWM調(diào)制波形；圖4為 本發(fā)明的A相Η橋逆變器開關(guān)信號連接圖；圖5為本發(fā)明的電機三相繞組電壓和電流仿真 波形。

【具體實施方式】

【具體實施方式】 [0014] 一：下面結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述開放式繞 組感應(yīng)電機3Η橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器，它包括整流器1、直流濾波電容2、3Η橋逆變器、 V/F控制器7、雙極性SPWM調(diào)制8和隔離與驅(qū)動單元9 ;3Η橋逆變器由Α相Η橋逆變器3、Β 相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5構(gòu)成；
[0015] 整流器1輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容2、Α相Η橋逆變器3、Β相Η橋 逆變器4和C相Η橋逆變器5 ;
[0016] 開放式繞組感應(yīng)電機6的Α相繞組并聯(lián)在Α相Η橋逆變器3的兩個交流輸出端之 間；
[0017] 開放式繞組感應(yīng)電機6的Β相繞組并聯(lián)在Β相Η橋逆變器4的兩個交流輸出端之 間；
[0018] 開放式繞組感應(yīng)電機6的C相繞組并聯(lián)在C相Η橋逆變器5的兩個交流輸出端之 間；
[0019] V/F控制器7接收轉(zhuǎn)速指令n,，V/F控制器7輸出三相對稱正弦調(diào)制波ua,，ub,， 給雙極性SPWM調(diào)制8,雙極性SPWM調(diào)制8將輸入的三相對稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。,與三角 載波信號比較后產(chǎn)生6路開關(guān)信號，再經(jīng)隔離與驅(qū)動單元9輸出12路驅(qū)動信號給A相Η橋 逆變器3、Β相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5。
[0020] 參見圖1，整流器1將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并經(jīng)過直流濾波電容2變?yōu)榉€(wěn) 定的直流電壓；直流母線上并聯(lián)Α相Η橋逆變器3、Β相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5 構(gòu)成3Η橋逆變器。
[0021] 開放式繞組感應(yīng)電機6的三相繞組中性點被拆分開，三相繞組分別由3個Η橋單 相逆變器供電。與星接繞組相比電機繞組電壓可以提高一倍。
[0022] Α相Η橋逆變器3、Β相Η橋逆變器4和C相Η橋逆變器5的結(jié)構(gòu)相同，均由四只 自帶反并聯(lián)體二極管的功率管構(gòu)成。
[0023] 所述功率管可以采用IGBT管、M0SFET管等。
[0024] 每個Η橋逆變器中對角線上的兩個功率管開關(guān)信號相同，同一橋臂上下兩個功率 管的開關(guān)信號互補。
[0025] 三相對稱正弦調(diào)制波um，ufc，的相位差依次為120°。
[0026]

【具體實施方式】二：下面結(jié)合圖3至圖5說明本實施方式，本實施方式對實施方式一 作進一步說明，雙極性SPWM調(diào)制8對3H橋逆變器的控制由DSP數(shù)字實現(xiàn)，控制流程為：
[0027] V/F控制器7根據(jù)速度指令計算出電機所需電壓的幅值和頻率，進而分別產(chǎn)生 三相對稱正弦調(diào)制波ua,，u b,，u。，；DSP的定時器T1用于產(chǎn)生固定幅值和頻率的三角載波；三 相正弦調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生6路PWM開關(guān)信號。
[0028] 圖3為本發(fā)明的a相雙極性SPWM調(diào)制波形。通過在DSP中正弦調(diào)制波ua,與定時 器T1產(chǎn)生三角波u t的比較，得到兩路互補PWM信號PWM1和PWM2。對于b相和c相，同樣 的方法分別得到互補信號PWM3和PWM4、PWM5和PWM6。
[0029] 圖4為a相Η橋逆變器的PWM開關(guān)信號連接圖。對于a相Η橋逆變器，PWM1經(jīng)過 驅(qū)動單元控制Τ11和Τ22, PWM2經(jīng)過驅(qū)動單元控制Τ12和Τ21 ;對于b相Η橋逆變器，PWM3 經(jīng)過驅(qū)動單元控制Τ13和Τ24, PWM4經(jīng)過驅(qū)動單元控制Τ14和Τ23 ;對于c相Η橋逆變器， PWM5經(jīng)過驅(qū)動單元控制Τ15和Τ26, PWM6經(jīng)過驅(qū)動單元控制Τ16和Τ25。這樣，每個Η橋逆 變器對角線上的功率管開關(guān)信號相同，同橋臂上下管的開關(guān)信號互補。
[0030] 圖5為采用本發(fā)明控制方法的開放式繞組感應(yīng)電機三相電壓低通濾波仿真波形 和三相電流仿真波形，三相電壓和電流正弦對稱，零序電壓和零序電流得到了抑制。
[0031]

【具體實施方式】三：本實施方式對實施方式一作進一步說明，V/F控制器7根據(jù)速度 指令~計算出電機所需電壓的幅值和頻率，進而分別產(chǎn)生三相對稱正弦調(diào)制波u m， 的過程為：
[0032] 首先，根據(jù)速度指令和電機額定轉(zhuǎn)差率sN計算出同步轉(zhuǎn)速ns :
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，它包括整流器（1)、直流濾波電容 (2)、3H橋逆變器、V/F控制器（7)、雙極性SPWM調(diào)制（8)和隔離與驅(qū)動單元（9) ;3H橋逆變 器由A相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器（4)和C相H橋逆變器（5)構(gòu)成； 整流器（1)輸出的直流母線上依次并聯(lián)直流濾波電容（2)、A相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器⑷和C相H橋逆變器（5); 開放式繞組感應(yīng)電機（6)的A相繞組并聯(lián)在A相H橋逆變器（3)的兩個交流輸出端之 間； 開放式繞組感應(yīng)電機（6)的B相繞組并聯(lián)在B相H橋逆變器（4)的兩個交流輸出端之 間； 開放式繞組感應(yīng)電機（6)的C相繞組并聯(lián)在C相H橋逆變器（5)的兩個交流輸出端之 間； V/F控制器（7)接收轉(zhuǎn)速指令n,，V/F控制器（7)輸出三相對稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。， 給雙極性SPWM調(diào)制（8)，雙極性SPWM調(diào)制（8)將輸入的三相對稱正弦調(diào)制波um，ufc，與 三角載波信號比較后產(chǎn)生6路開關(guān)信號，再經(jīng)隔離與驅(qū)動單元（9)輸出12路驅(qū)動信號給A 相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器⑷和C相H橋逆變器（5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器，其特征在 于，A相H橋逆變器（3)、B相H橋逆變器（4)和C相H橋逆變器（5)的結(jié)構(gòu)相同，均由四只 自帶反并聯(lián)體二極管的功率管構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器，其特征在 于，每個H橋逆變器中對角線上的兩個功率管開關(guān)信號相同，同一橋臂上下兩個功率管的 開關(guān)信號互補。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器，其特征在 于，三相對稱正弦調(diào)制波1^，ufc，Ura的相位差依次為120°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器，其特征在 于，雙極性SPWM調(diào)制（8)對3H橋逆變器的控制由DSP數(shù)字實現(xiàn)，控制流程為： V/F控制器（7)根據(jù)速度指令計算出電機所需電壓的幅值和頻率，進而分別產(chǎn)生三 相對稱正弦調(diào)制波ua,，ub,，u。，；DSP的定時器Tl用于產(chǎn)生固定幅值和頻率的三角載波；三相 正弦調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生6路PWM開關(guān)信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述開放式繞組感應(yīng)電機3H橋驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器，其特征在 于，V/F控制器（7)根據(jù)速度指令計算出電機所需電壓的幅值和頻率，進而分別產(chǎn)生三相 對稱正弦調(diào)制波um，ufc，Ura的過程為： 首先，根據(jù)速度指令nr和電機額定轉(zhuǎn)差率sN計算出同步轉(zhuǎn)速ns : 1 -sA 其次，將同步轉(zhuǎn)速ns轉(zhuǎn)換為電機定子電流頻率: X，式中，P為電機極對數(shù)； 然后，根據(jù)感應(yīng)電機電壓和頻率的約束關(guān)系，計算在頻率下電機相電壓幅值Um: ，這里N1為定子每相繞組總匝數(shù)，kwl為繞組系數(shù)，ΦΝ為額定磁通； 最后，根據(jù)電壓幅值Um和頻率，產(chǎn)生三相對稱正弦調(diào)制波：
，這里Ud。為直流母線電壓，Utm為三角載波信號Ut的 幅值。
【文檔編號】H02P27/08GK104270062SQ201410567014
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】安群濤, 孫立志, 孫力, 鄒存芝, 趙克 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)