一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于逆變器驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可變直流母線電壓和開(kāi)關(guān)頻率的逆變器控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子與控制技術(shù)的發(fā)展，逆變器驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速交流電機(jī)成為交通牽引中的主要方式。在混合動(dòng)力和全電動(dòng)汽車(chē)中，儲(chǔ)能電池一般通過(guò)升壓型直流-直流變換器升到固定直流電壓，再通過(guò)固定開(kāi)關(guān)頻率的脈寬調(diào)制下的三相逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載電機(jī)。由于電機(jī)運(yùn)行在不同速度下的反電動(dòng)勢(shì)不同，逆變器的調(diào)制比也會(huì)不同。低調(diào)制比下電力電子器件仍然要承受全母線電壓的應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)損耗，并且全速度范圍內(nèi)固定開(kāi)關(guān)頻率也會(huì)在低調(diào)制比時(shí)帶來(lái)不必要的開(kāi)關(guān)損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種可變直流母線電壓和開(kāi)關(guān)頻率的逆變器控制系統(tǒng)及其控制方法，其目的在于使逆變器隨電機(jī)轉(zhuǎn)速控制直流母線電壓和開(kāi)關(guān)頻率，降低低轉(zhuǎn)速下電力電子器件的電壓應(yīng)力和開(kāi)關(guān)損耗，由此解決降低低轉(zhuǎn)速下電力電子器件的電壓應(yīng)力和開(kāi)關(guān)損耗的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括直流-直流變換器控制部以及逆變器控制部，所述逆變器控制部包括順序相連的速度控制器、電流控制器以及逆變器PWM，所述速度控制器通過(guò)比較上位機(jī)指令的參考速度和所述轉(zhuǎn)速傳感器采集的反饋速度輸出參考電流，所述參考電流通過(guò)所述電流控制器變換為輸出參考電壓輸入所述逆變器PWM，所述逆變器控制部還包括開(kāi)關(guān)頻率計(jì)算模塊，所述開(kāi)關(guān)頻率計(jì)算模塊計(jì)算出開(kāi)關(guān)頻率信息傳輸于所述逆變器PWM，所述逆變器HVM輸出PWM信號(hào)用于控制逆變器，所述直流-直流變換器控制部包括順序相連的直流電壓計(jì)算模塊及直流電壓控制器，其中所述直流電壓計(jì)算模塊用于同步接收所述參考速度，并計(jì)算出直流電壓參考值，并與實(shí)時(shí)采集的直流電壓相減后輸送與所述直流電壓控制器，所述直流電壓控制器輸出直流-直流變換器PWM信號(hào)。
[0005]進(jìn)一步地，所述直流電壓計(jì)算模塊計(jì)算出所述直流電壓參考值的過(guò)程為:當(dāng)所述電機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，所述直流電壓參考值為額定電壓，當(dāng)所述電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速下降時(shí)，所述直流電壓參考值隨所述額定轉(zhuǎn)速下降而線性下降；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到低速拐點(diǎn)，所述直流電壓參考值維持在電池電壓。
[0006]本發(fā)明還提出了一種可變直流母線電壓的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
[0007]通過(guò)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)直流-直流變換器的占空比來(lái)調(diào)節(jié)直流母線電壓:當(dāng)所述電機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，直流母線電壓維持在額定電壓；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電機(jī)端電壓隨轉(zhuǎn)速線性下降，控制所述直流母線電壓同步線性下降，當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到低速拐點(diǎn)，控制所述直流母線電壓下降到和電池端電壓相同。
[0008]進(jìn)一步地，所述直流母線電壓下降到和電池端電壓相同后，控制所述直流-直流變換器停止開(kāi)關(guān)，由電池直接驅(qū)動(dòng)逆變器，所述直流母線電壓維持在電池電壓。
[0009]本發(fā)明還提出了一種可變開(kāi)關(guān)頻率的逆變器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于，該控制方法包括如下步驟:直流母線電壓維持在額定電壓，則所述逆變器開(kāi)關(guān)頻率也維持在相應(yīng)的額定值，當(dāng)所述直流母線電壓隨所述電機(jī)轉(zhuǎn)速線性下降，所述開(kāi)關(guān)頻率隨所述直流母線電壓線性下降，當(dāng)所述開(kāi)關(guān)頻率線性下降直到低速拐點(diǎn)，之后所述開(kāi)關(guān)頻率維持在所述低速拐點(diǎn)值。
[0010]本發(fā)明還提出了一種可變直流母線電壓和可變開(kāi)關(guān)頻率的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)直流-直流變換器的占空比來(lái)調(diào)節(jié)直流母線電壓:當(dāng)所述電機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，直流母線電壓維持在額定電壓，所述逆變器開(kāi)關(guān)頻率也維持在相應(yīng)的額定值;當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電機(jī)端電壓隨轉(zhuǎn)速線性下降，控制所述直流母線電壓同步線性下降，所述開(kāi)關(guān)頻率隨所述直流母線電壓線性下降；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到低速拐點(diǎn)，控制所述直流母線電壓維持與電池端電壓相同，所述開(kāi)關(guān)頻率維持在所述低速拐點(diǎn)值。
[0011]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0012]提供一種能有效的利用儲(chǔ)能電池前級(jí)升壓型直流-直流變換器根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求動(dòng)態(tài)的改變直流母線和或進(jìn)行可變開(kāi)關(guān)頻率的控制的方法，保持電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都有相同的高調(diào)制比。同時(shí)，由于低速下直流母線電壓降低而調(diào)制比保持相同，在電機(jī)電感的電壓幅值同步降低，使電機(jī)電流紋波也同步下降。此時(shí)可以同步降低開(kāi)關(guān)頻率，仍然可以保持與額定轉(zhuǎn)速下相同的電流紋波，按照上述的驅(qū)動(dòng)控制方法，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)損耗為傳統(tǒng)系統(tǒng)的1/4，而系統(tǒng)的其他功率損耗基本維持不變，相加之后，系統(tǒng)總損耗能減小20%?40%。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的直流母線電壓隨轉(zhuǎn)速的改變曲線；
[0015]圖3是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)頻率電壓隨轉(zhuǎn)速的改變曲線；
[0016]圖4是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的電機(jī)系統(tǒng)控制模塊框圖；
[0017]圖5是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的控制方法的在不同情況下的開(kāi)關(guān)損耗比較示意圖。
[0018]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0019]1-電池2-升壓型直流-直流變換器3-直流母線電容4-逆變器5-電機(jī)6_電機(jī)速度控制器7-電機(jī)電流控制器8-逆變器開(kāi)關(guān)頻率計(jì)算模塊9-逆變器PWM模塊10-逆變器PWM信號(hào)11-直流電壓計(jì)算模塊12-直流電壓控制器13-直流-直流變換器PWM信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0021 ] 如圖1所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括儲(chǔ)能電池1，通過(guò)一個(gè)升壓型直流-直流變換器2接入直流母線。直流母線主要包括一個(gè)儲(chǔ)能電容3，以平滑直流母線電壓。直流母線通過(guò)一個(gè)電壓型逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載電機(jī)。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為能量回饋系統(tǒng)，負(fù)載電機(jī)作為發(fā)電機(jī)時(shí)可以通過(guò)逆變器將能量回饋給電池充電，能量回饋時(shí)，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，通過(guò)逆變器反向?qū)崿F(xiàn)整流再通過(guò)直流-直流變換器向電池充電。適用于電動(dòng)汽車(chē)減速制動(dòng)時(shí)能量回饋。
[0022]如圖2所示，該驅(qū)動(dòng)電路的直流母線電壓隨電機(jī)轉(zhuǎn)速改變而改變。通過(guò)傳感器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且通過(guò)調(diào)節(jié)直流-直流變換器的占空比來(lái)調(diào)節(jié)直流母線電壓。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)處于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，直流母線電壓維持在額定電壓，逆變器4的調(diào)制比接近1，滿足空間矢量PWM驅(qū)動(dòng)的要求。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電機(jī)端電壓隨轉(zhuǎn)速線性下降，此時(shí)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制直流母線電壓同步線性下降，以維持逆變器4的調(diào)制比不變。直到速度下降到低速