級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于電力電子控制【技術(shù)領(lǐng)域】的發(fā)明。它解決了現(xiàn)有新能源電動汽車上牽引電機(jī)輸出諧波多、輸出電能質(zhì)量低，進(jìn)而影響新能源電動汽車的安全性和舒適度的問題。在本發(fā)明中，摒棄了傳統(tǒng)的牽引電機(jī)驅(qū)動器的架構(gòu)，提出了基于串聯(lián)級聯(lián)式和并聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制技術(shù)，除了能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的高性能驅(qū)動控制外，還解決了單一的直流電源供電問題，同時優(yōu)化了控制方法，針對內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)在低速、中速和高速過程中對電流諧波的不同要求，提出了更加合理的多電平電流波形輸出設(shè)計。本發(fā)明適用于新能源汽車等需要高效率，高性能輸出，單一電源提供能量來源的場合。
【專利說明】級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,傳統(tǒng)的級聯(lián)式多電平變換器(CHB, Cascaded H-bridge converter)大量的應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的驅(qū)動控制電路中，其優(yōu)勢在于能夠減少輸出電壓中的諧波和獲得更低的du/dt，能夠減小產(chǎn)生的共模電壓，降低電機(jī)的軸向壓力提高輸出功率，降低開關(guān)頻率，同時具有模塊化可擴(kuò)展功能和更高的穩(wěn)定性。但是傳統(tǒng)的級聯(lián)式多電平轉(zhuǎn)換器多采用若干個獨立直流電源供電，這就推高了成本，降低了效率，同時給設(shè)計帶來很大困難，特別是在新能源電動汽車/混合動力汽車這種只包含有一個電池組作為直流電源供電的情況下，如何提供其余的多個獨立直流電源就成了一個急需解決的問題。
[0003]在解決這個問題上，各國科學(xué)家多采用簡化級聯(lián)式多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的辦法來實現(xiàn)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最優(yōu)化，最大限度的減少對獨立電源數(shù)量上的需求，同時尋求其他替代電源比如電池組、超級電容或燃料電池等的方法來實現(xiàn)多電源供電。但是，最優(yōu)化后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仍然需要多個獨立的直流電源，同時這些替代電源在設(shè)計上并不適用于像新能源汽車類的單一電源工作環(huán)境。還有科學(xué)家采用多繞組曲折變壓器來實現(xiàn)供電需求，但是這種變壓器體積龐大，設(shè)計上困難，且工程成本比較高?，F(xiàn)有的應(yīng)用于新能源電動汽車上的級聯(lián)式多電平變換器輸出諧波多、輸出電能質(zhì)量低，進(jìn)而影響新能源電動汽車的舒適度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有新能源電動汽車上牽引電機(jī)輸出諧波多、輸出電能質(zhì)量低，進(jìn)而影響新能源電動汽車的安全性和舒適度的問題，而提出了級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)及其控制方法。
[0005]本發(fā)明提供了兩種級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，分別為:
[0006]第一種級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)為串聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，它包括串聯(lián)驅(qū)動器、永磁同步電機(jī)、信號調(diào)理電路、DSP控制器、旋轉(zhuǎn)變壓器、解碼電路、人機(jī)接口、第一電流傳感器、第二電流傳感器、直流電源、電容、電阻Rl和電阻R2，
[0007]所述直流電源的正極同時與電容的一端、電阻Rl的一端和串聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源正極端相連，電阻Rl的另一端同時與電阻R2的一端和DSP控制器的母線電壓信號輸入端相連，直流電源的負(fù)極同時與電容的另一端、電阻R2的另一端和串聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源負(fù)極端相連；
[0008]所述串聯(lián)驅(qū)動器包括三相主H橋變換器、三相從H橋變換器和串聯(lián)三相變壓器，所述三相主H橋變換器的三個主H橋單元分別與串聯(lián)三相變壓器的三個原邊相連，串聯(lián)三相變壓器的三個副邊分別與三相從H橋變換器的三個不控整流輸入端相連，三相主H橋變換器的共發(fā)射極端即為串聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源正極端，三相主H橋變換器的共集電極端即為串聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源負(fù)極端，
[0009]所述串聯(lián)驅(qū)動器的三相逆變信號輸出端與永磁同步電機(jī)的三相驅(qū)動信號輸入端相連，旋轉(zhuǎn)變壓器用于檢測永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并將檢測到的信號發(fā)送給解碼電路的轉(zhuǎn)速信號輸入端，解碼電路的解碼信號輸出端與DSP控制器的解碼信號輸入端相連，第一電流傳感器用于采集永磁同步電機(jī)的B相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路的第一電流采樣信號輸入端，第二電流傳感器用于采集永磁同步電機(jī)的C相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路的第二電流采樣信號輸入端，信號調(diào)理電路的兩個調(diào)理信號輸出端同時與DSP控制器的兩個調(diào)理信號輸入端相連，DSP控制器的12路主H橋開關(guān)控制信號輸出端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸出端分別與串聯(lián)驅(qū)動器的12路主H橋開關(guān)控制信號輸入端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸入端相連，DSP控制器的多個通信信號輸入/輸出端分別與人機(jī)接口的多個通信信號輸出/輸入端相連。
[0010]第二種級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)為并聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，它包括并聯(lián)驅(qū)動器、永磁同步電機(jī)、信號調(diào)理電路、DSP控制器、旋轉(zhuǎn)變壓器、解碼電路、人機(jī)接口、第一電流傳感器、第二電流傳感器、直流電源、電容、電阻Rl和電阻R2，
[0011]所述直流電源的正極同時與電容的一端、電阻Rl的一端和并聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源正極端連接，電阻Rl的另一端同時與電阻R2的一端和DSP控制器的母線電壓信號輸入端連接，直流電源的負(fù)極同時與電容的另一端、電阻R2的另一端和并聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源負(fù)極端連接；
[0012]所述并聯(lián)驅(qū)動器包括三相主H橋變換器、三相從H橋變換器和并聯(lián)三相變壓器，所述三相主H橋變換器的三相逆變信號輸出端與永磁同步電機(jī)的三相驅(qū)動信號輸入端連接，并聯(lián)三相變壓器的三個原邊分別與永磁同步電機(jī)定子的三相定子繞組并聯(lián)，并聯(lián)三相變壓器的三個副邊分別與三相從H橋變換器的三個不控整流輸入端連接，三相主H橋變換器的共發(fā)射極端即為并聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源正極端，三相主H橋變換器的共集電極端即為并聯(lián)驅(qū)動器的直流輸入電源負(fù)極端，
[0013]所述永磁同步電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸出端與旋轉(zhuǎn)變壓器的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸入端連接，旋轉(zhuǎn)變壓器用于檢測永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并將檢測到的信號發(fā)送給解碼電路的轉(zhuǎn)速信號輸入端，解碼電路的解碼信號輸出端與DSP控制器的解碼信號輸入端連接，第一電流傳感器用于采集永磁同步電機(jī)的B相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路的第一電流采樣信號輸入端，第二電流傳感器用于采集集永磁同步電機(jī)的C相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路的第二電流采樣信號輸入端，信號調(diào)理電路的兩個調(diào)理信號輸出端同時與DSP控制器的兩個調(diào)理信號輸入端連接，DSP控制器的12路主H橋開關(guān)控制信號輸出端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸出端分別與并聯(lián)驅(qū)動器的12路主H橋開關(guān)控制信號輸入端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸入端連接，DSP控制器的多個通信信號輸入/輸出端分別與人機(jī)接口的多個通信信號輸出/輸入端連接。
[0014]基于上述第一種串聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制的方法包括如下步驟:[0015]用于采集串聯(lián)驅(qū)動器輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集步驟；
[0016]用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電壓信號判斷步驟；
[0017]用于通過第一電流傳感器和第二電流傳感器采集永磁同步電機(jī)的驅(qū)動電流的電流采集步驟；
[0018]用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電流信號判斷步驟；
[0019]用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器采集永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟；
[0020]用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷步驟；
[0021]用于控制三相主H橋變換器輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟；
[0022]用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到三相變壓器的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟的工作頻率判斷步驟；
[0023]用于控制三相主H橋變換器和三相從H橋變換器同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動串聯(lián)三相變壓器的精確控制步驟；
[0024]用于輸出停止信號控制串聯(lián)驅(qū)動器停止輸出驅(qū)動信號的停止步驟。
[0025]基于上述第二種并聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制的方法包括如下步驟:
[0026]用于采集并聯(lián)驅(qū)動器輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集步驟；
[0027]用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電壓信號判斷步驟；
[0028]用于通過第一電流傳感器和第二電流傳感器采集永磁同步電機(jī)的驅(qū)動電流的電流采集步驟；
[0029]用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電流信號判斷步驟；
[0030]用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器采集永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟；
[0031]用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷步驟；
[0032]用于控制三相主H橋變換器輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟；
[0033]用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到三相變壓器的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟的工作頻率判斷步驟；
[0034]用于控制三相主H橋變換器和三相從H橋變換器同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動并聯(lián)三相變壓器的精確控制步驟；
[0035]用于輸出停止信號控制并聯(lián)驅(qū)動器停止輸出驅(qū)動信號的停止步驟。
[0036]本發(fā)明采用驅(qū)動器與永磁同步電機(jī)相連，使應(yīng)用于新能源電動汽車上的級聯(lián)式多電平變換器輸出諧波減少了 30%、輸出電能質(zhì)量提高了 25%，進(jìn)而使新能源電動汽車舒適。本發(fā)明可用于電動汽車/混合動力汽車等場合?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0037]圖1為【具體實施方式】一所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為【具體實施方式】二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明中串聯(lián)三相變壓器和并聯(lián)三相變壓器的磁場耦合原理示意圖；
[0040]圖4為【具體實施方式】一所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中帶變壓器的單相級聯(lián)式多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0041]圖5為【具體實施方式】二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中帶變壓器的單相級聯(lián)式多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0042]圖6為【具體實施方式】一所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中串聯(lián)三相變壓器與永磁同步電機(jī)連接示意圖；
[0043]圖7為【具體實施方式】二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中并聯(lián)三相變壓器與永磁同步電機(jī)連接示意圖；
[0044]圖8為【具體實施方式】九所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作過程流程圖；
[0045]圖9為【具體實施方式】十所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作過程流程圖。
【具體實施方式】
[0046]【具體實施方式】一、結(jié)合圖1說明本實施方式，本【具體實施方式】所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)為串聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，它包括串聯(lián)驅(qū)動器1、永磁同步電機(jī)3、信號調(diào)理電路4、DSP控制器5、旋轉(zhuǎn)變壓器6、解碼電路7、人機(jī)接口 8、第一電流傳感器P、第二電流傳感器Q、直流電源VCC、電容CO、電阻Rl和電阻R2，
[0047]所述直流電源VCC的正極同時與電容CO的一端、電阻Rl的一端和串聯(lián)驅(qū)動器I的直流輸入電源正極端相連，電阻Rl的另一端同時與電阻R2的一端和DSP控制器5的母線電壓信號輸入端相連，直流電源VCC的負(fù)極同時與電容CO的另一端、電阻R2的另一端和串聯(lián)驅(qū)動器I的直流輸入電源負(fù)極端相連；
[0048]所述串聯(lián)驅(qū)動器I包括三相主H橋變換器a、三相從H橋變換器c和串聯(lián)三相變壓器b，所述三相主H橋變換器a的三個主H橋單元分別與串聯(lián)三相變壓器b的三個原邊相連，串聯(lián)三相變壓器b的三個副邊分別與三相從H橋變換器c的三個不控整流輸入端相連，三相主H橋變換器a的共發(fā)射極端即為串聯(lián)驅(qū)動器I的直流輸入電源正極端，三相主H橋變換器a的共集電極端即為串聯(lián)驅(qū)動器I的直流輸入電源負(fù)極端，
[0049]所述串聯(lián)驅(qū)動器I的三相逆變信號輸出端與永磁同步電機(jī)3的三相驅(qū)動信號輸入端相連，旋轉(zhuǎn)變壓器6用于檢測永磁同步電機(jī)3轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并將檢測到的信號發(fā)送給解碼電路7的轉(zhuǎn)速信號輸入端，解碼電路7的解碼信號輸出端與DSP控制器5的解碼信號輸入端相連，第一電流傳感器P用于采集永磁同步電機(jī)3)的B相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路4的第一電流采樣信號輸入端，第二電流傳感器Q用于采集永磁同步電機(jī)3)的C相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路4的第二電流采樣信號輸入端，信號調(diào)理電路4的兩個調(diào)理信號輸出端同時與DSP控制器5的兩個調(diào)理信號輸入端相連，DSP控制器5的12路主H橋開關(guān)控制信號輸出端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸出端分別與串聯(lián)驅(qū)動器I的12路主H橋開關(guān)控制信號輸入端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸入端相連，DSP控制器5的多個通信信號輸入/輸出端分別與人機(jī)接口 8的多個通信信號輸出/輸入端相連。
[0050]本實施方式的特點為單電源供電，三相五電平電壓輸出，本實施方式采用串聯(lián)三相變壓器為從H橋單元供電，所述串聯(lián)三相變壓器是一種低成本高效率的能量傳輸設(shè)備，其磁場耦合示意圖如圖3所示，變壓器的磁芯為鐵氧體材料，原邊和副邊按照一定的比例對稱地纏繞多砸線圈。變壓器的原邊串聯(lián)在三相輸出主回路里，變壓器的副邊所產(chǎn)生的三相交流電通過整流后給從H橋單元供電。所述串聯(lián)三相變壓器屬于高頻變壓器，當(dāng)輸出電壓頻率達(dá)到合適的值，即永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定的值后，變壓器即開始工作；電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號傳感器一般采用旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出繞組的電壓幅值與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。這樣通過解碼電路可以計算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和此時的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0051]本實施方式中，Ml為主H橋單元，它的供電來自直流電源，SI為從H橋單元，Ml和SI組成了傳統(tǒng)的單相級聯(lián)式多電平H橋單元。REl為不控整流器，變壓器的副邊輸出的高頻交流電通過REl整流成直流電源,給從H橋單元SI供電，如圖4所示。
[0052]本實施方式中，變壓器的初級線圈同永磁同步電機(jī)的定子繞組一起串聯(lián)在主回路里，兩者之間幾乎沒有磁場的耦合作用，如圖6所示。
[0053]【具體實施方式】二、結(jié)合圖2說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)為并聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，它包括并聯(lián)驅(qū)動器2、永磁同步電機(jī)3、信號調(diào)理電路4、DSP控制器5、旋轉(zhuǎn)變壓器6、解碼電路7、人機(jī)接口 8、第一電流傳感器P、第二電流傳感器Q、直流電源VCC、電容CO、電阻RO和電阻Rl，
[0054]所述直流電源VCC的正極同時與電容CO的一端、電阻Rl的一端和并聯(lián)驅(qū)動器2的直流輸入電源正極端連接，電阻Rl的另一端同時與電阻R2的一端和DSP控制器5的母線電壓信號輸入端連接，直流電源VCC的負(fù)極同時與電容CO的另一端、電阻R2的另一端和并聯(lián)驅(qū)動器2的直流輸入電源負(fù)極端連接；
[0055]所述并聯(lián)驅(qū)動器2包括三相主H橋變換器a、三相從H橋變換器c和并聯(lián)三相變壓器d,所述三相主H橋變換器a的三相逆變信號輸出端與永磁同步電機(jī)3的三相驅(qū)動信號輸入端連接，并聯(lián)三相變壓器d的三個原邊分別與永磁同步電機(jī)3定子的三相定子繞組并聯(lián)，并聯(lián)三相變壓器d的三個副邊分別與三相從H橋變換器c的三個不控整流輸入端連接，三相主H橋變換器a的共發(fā)射極端即為并聯(lián)驅(qū)動器2的直流輸入電源正極端，三相主H橋變換器a的共集電極端即為并聯(lián)驅(qū)動器2的直流輸入電源負(fù)極端，
[0056]所述永磁同步電機(jī)3的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸出端與旋轉(zhuǎn)變壓器6的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸入端連接，旋轉(zhuǎn)變壓器6用于檢測永磁同步電機(jī)3轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并將檢測到的信號發(fā)送給解碼電路7的轉(zhuǎn)速信號輸入端，解碼電路7的解碼信號輸出端與DSP控制器5的解碼信號輸入端連接，第一電流傳感器P用于采集永磁同步電機(jī)3的B相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路4的第一電流采樣信號輸入端，第二電流傳感器Q用于采集集永磁同步電機(jī)3的C相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路4的第二電流采樣信號輸入端，信號調(diào)理電路4的兩個調(diào)理信號輸出端同時與DSP控制器5的兩個調(diào)理信號輸入端連接，DSP控制器5的12路主H橋開關(guān)控制信號輸出端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸出端分別與并聯(lián)驅(qū)動器2的12路主H橋開關(guān)控制信號輸入端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸入端連接，DSP控制器5的多個通信信號輸入/輸出端分別與人機(jī)接口 8的多個通信信號輸出/輸入端連接。
[0057]本實施方式的特點為單電源供電，三相五電平電壓輸出，本實施方式采用并聯(lián)三相變壓器為從H橋單元供電，所述并聯(lián)三相變壓器是一種低成本高效率的能量傳輸設(shè)備，其磁場耦合示意圖如圖3所示，變壓器的磁芯為鐵氧體材料，原邊和副邊按照一定的比例對稱地纏繞多砸線圈。變壓器的原邊分別與永磁同步電機(jī)的三相定子繞組并聯(lián)，變壓器的副邊所產(chǎn)生的三相交流電通過整流后給從H橋單元供電。所述并聯(lián)三相變壓器屬于高頻變壓器，當(dāng)輸出電壓頻率達(dá)到合適的值，即永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定的值后，變壓器即開始工作；電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號傳感器一般采用旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出繞組的電壓幅值與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。這樣通過解碼電路可以計算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和此時的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0058]本實施方式中，Ml為主H橋單元，它的供電來自直流電源，SI為從H橋單元，Ml和SI組成了傳統(tǒng)的單相級聯(lián)式多電平H橋單元。REl為不控整流器，變壓器的副邊輸出的高頻交流電通過REl整流成直流電源，給從H橋單元SI供電，如圖5所示。
[0059]本實施方式中，變壓器的初級線圈同永磁同步電機(jī)的三相定子繞組一起并聯(lián)在主回路里，兩者之間幾乎沒有磁場的耦合作用，如圖7所示。
[0060]【具體實施方式】三、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一或二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述DSP控制器5采用芯片型號為TMS320F2812的32位DSP芯片實現(xiàn)。
[0061]【具體實施方式】四、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一或二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述解碼電路7中采用型號為AD2S90或AD2S99的解碼芯片實現(xiàn)。
[0062]本實施方式中，AD2S90為AD公司生產(chǎn)的對感應(yīng)同步器信號進(jìn)行數(shù)字化處理的專用芯片，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于調(diào)試和輸出多種信號模式等優(yōu)點。
[0063]【具體實施方式】五、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述串聯(lián)三相變壓器b包括磁芯、一次繞組和二次繞組，一次繞組和二次繞組均套在鐵芯上，
[0064]所述磁芯為型號為EE-43208的鐵氧體EI磁芯，磁芯質(zhì)量WiF力0.026kg，表面面積 At 為 37.9cm2，
[0065]所述一次繞組選用匝數(shù)為9、型號為AWG22的線圈，
[0066]所述二次繞組選用匝數(shù)為38、型號為AWG28的線圈。
[0067]【具體實施方式】六、本【具體實施方式】與【具體實施方式】二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述并聯(lián)三相變壓器d包括磁芯、一次繞組和二次繞組，一次繞組和二次繞組均套在鐵芯上，
[0068]所述磁芯為型號為EE-43208的鐵氧體EI磁芯，磁芯質(zhì)量WiF力0.026kg，表面面積 At 為 37.9cm2，
[0069]所述一次繞組選用匝數(shù)為90、型號為AWG22的線圈，
[0070]所述二次繞組選用匝數(shù)為36、型號為AWG28的線圈。
[0071]本發(fā)明中并聯(lián)三相變壓器和串聯(lián)三相變壓器的優(yōu)選設(shè)計指標(biāo):
[0072](I)輸入電壓Vpline為30V，三線制。
[0073](2)輸出電壓 Vtjline 為 160V。
[0074](3)輸出電流有效值I。為3A。
[0075](4)輸入/輸出為Y/Y型。
[0076](5)系統(tǒng)電壓輸出為PWM型，三相頻率f為斬波頻率20KHz。
[0077](6)磁性材料為鐵氧體。
[0078]【具體實施方式】七、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一或二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述第一電流傳感器P和第二電流傳感器Q均采用型號為CHB-500S、且額定值為500A的電流傳感器實現(xiàn)。
[0079]【具體實施方式】八、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一或二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述控制系統(tǒng)還包括嵌入在DSP控制器5內(nèi)部的控制模塊，所述控制模塊由以下單元組成:
[0080]用于采集串聯(lián)驅(qū)動器I或并聯(lián)驅(qū)動器2輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集單元;
[0081]用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集單元，在判斷結(jié)果為否時輸出啟動信號給停止單元的電壓信號判斷單元；
[0082]用于通過第一電流傳感器P和第二電流傳感器Q采集永磁同步電機(jī)3的驅(qū)動電流的電流采集單元；
[0083]用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時輸出啟動信號給電機(jī)轉(zhuǎn)速采集單元，在判斷結(jié)果為否時輸出啟動信號給停止單元的電流信號判斷單元；
[0084]用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器6采集永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集單元；
[0085]用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時輸出啟動信號給快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生單元，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止單元的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷單元；
[0086]用于控制三相主H橋變換器a輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生單元;
[0087]用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到串聯(lián)三相變壓器b或并聯(lián)三相變壓器d的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制單元，在判斷結(jié)果為否時發(fā)送啟動信號給快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生單元的工作頻率判斷單元；
[0088]用于控制三相主H橋變換器a和三相從H橋變換器c同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動串聯(lián)三相變壓器b或并聯(lián)三相變壓器d的精確控制單元；
[0089]用于輸出停止信號控制串聯(lián)驅(qū)動器I或并聯(lián)驅(qū)動器2停止輸出驅(qū)動信號的停止單
J Li ο
[0090]【具體實施方式】九、基于【具體實施方式】一所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制的方法，所述方法包括如下步驟:
[0091]用于采集串聯(lián)驅(qū)動器I輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集步驟；
[0092]用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電壓信號判斷步驟；
[0093]用于通過第一電流傳感器P和第二電流傳感器Q采集永磁同步電機(jī)3的驅(qū)動電流的電流采集步驟；
[0094]用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電流信號判斷步驟；
[0095]用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器6采集永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟；
[0096]用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷步驟；
[0097]用于控制三相主H橋變換器a輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟；
[0098]用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到串聯(lián)三相變壓器b的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟的工作頻率判斷步驟；
[0099]用于控制三相主H橋變換器a和三相從H橋變換器c同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動串聯(lián)三相變壓器b的精確控制步驟；
[0100]用于輸出停止信號控制串聯(lián)驅(qū)動器I停止輸出驅(qū)動信號的停止步驟。
[0101]【具體實施方式】十、基于【具體實施方式】二所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制的方法，所述方法包括如下步驟:
[0102]用于采集并聯(lián)驅(qū)動器2輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集步驟；
[0103]用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電壓信號判斷步驟；
[0104]用于通過第一電流傳感器P和第二電流傳感器Q采集永磁同步電機(jī)3的驅(qū)動電流的電流采集步驟；
[0105]用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電流信號判斷步驟；
[0106]用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器6采集永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟；
[0107]用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷步驟；
[0108]用于控制三相主H橋變換器a輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟；
[0109]用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到并聯(lián)三相變壓器d的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟的工作頻率判斷步驟；
[0110]用于控制三相主H橋變換器a和三相從H橋變換器c同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動并聯(lián)三相變壓器d的精確控制步驟；
[0111]用于輸出停止信號控制并聯(lián)驅(qū)動器2停止輸出驅(qū)動信號的停止步驟。[0112]如圖8所示，本發(fā)明所述的串聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作過程為:
[0113]步驟Al、DSP控制器5通過串聯(lián)驅(qū)動器I輸入端的母線電壓信號，判斷串聯(lián)驅(qū)動器I輸入端的母線電壓是否正常，如果判斷是，則執(zhí)行步驟A2，如果判斷否，則執(zhí)行步驟A7 ；
[0114]步驟A2、第一電流傳感器P和第二電流傳感器Q將采集串聯(lián)三相變壓器b副邊上的電流信號輸入到信號調(diào)理電路4，并通過信號調(diào)理電路4反饋到DSP控制器5，通過DSP控制器5判斷線電流是否正常，如果判斷是，則執(zhí)行步驟A3，如果判斷否，則執(zhí)行步驟A7 ；
[0115]步驟A3、旋轉(zhuǎn)變壓器6將采集到的永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)子的位置信號轉(zhuǎn)化成電信號，通過解碼電路7解碼后反饋到DSP控制器5，通過DSP控制器5判斷永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)速是否正常，如果判斷是，則執(zhí)行步驟A4，如果判斷否，則執(zhí)行步驟A7 ；
[0116]步驟A4、永磁同步電機(jī)3瞬間啟動，系統(tǒng)通過DSP控制器5控制三相主H橋變換器a輸出三電平方波信號，以實現(xiàn)永磁同步電機(jī)3的快速啟動，執(zhí)行步驟A5 ；
[0117]步驟A5、待永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到串聯(lián)三相變壓器b的工作頻率，如果是，則執(zhí)行步驟A6，如果否，則執(zhí)行步驟A4 ；
[0118]步驟A6、串聯(lián)三相變壓器b輸出三相交流電經(jīng)整流后給三相從H橋變換器c供電，此時，三相主H橋變換器a和三相從H橋變換器c同時工作，系統(tǒng)輸出五電平PWM波實現(xiàn)對永磁同步電機(jī)3的精確控制；
[0119]步驟A7、DSP控制器5輸出停止信號到串聯(lián)驅(qū)動器1，通過控制串聯(lián)驅(qū)動器I來停止整個系統(tǒng)的運行。
[0120]如圖9所示，本發(fā)明所述的并聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作過程為:
[0121]步驟B1、DSP控制器5通過并聯(lián)驅(qū)動器I輸入端的母線電壓信號，判斷并聯(lián)驅(qū)動器I輸入端的母線電壓是否正常，如果判斷是，則執(zhí)行步驟A2，如果判斷否，則執(zhí)行步驟A7 ；
[0122]步驟B2、第一電流傳感器P和第二電流傳感器Q將采集并聯(lián)三相變壓器d副邊上的電流信號輸入到信號調(diào)理電路4，并通過信號調(diào)理電路4反饋到DSP控制器5，通過DSP控制器5判斷線電流是否正常，如果判斷是，則執(zhí)行步驟A3，如果判斷否，則執(zhí)行步驟A7 ；
[0123]步驟B3、旋轉(zhuǎn)變壓器6將采集到的永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)子的位置信號轉(zhuǎn)化成電信號，通過解碼電路7解碼后反饋到DSP控制器5，通過DSP控制器5判斷永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)速是否正常，如果判斷是，則執(zhí)行步驟A4，如果判斷否，則執(zhí)行步驟A7 ；
[0124]步驟B4、永磁同步電機(jī)3瞬間啟動，系統(tǒng)通過DSP控制器5控制三相主H橋變換器a輸出三電平方波信號，以實現(xiàn)永磁同步電機(jī)3的快速啟動，執(zhí)行步驟A5 ；
[0125]步驟B5、待永磁同步電機(jī)3的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到并聯(lián)三相變壓器d的工作頻率，如果是，則執(zhí)行步驟A6，如果否，則執(zhí)行步驟A4 ；
[0126]步驟B6、并聯(lián)三相變壓器d輸出三相交流電經(jīng)整流后給三相從H橋變換器c供電，此時，三相主H橋變換器a和三相從H橋變換器c同時工作，系統(tǒng)輸出五電平PWM波實現(xiàn)對永磁同步電機(jī)3的精確控制；
[0127]步驟B7、DSP控制器5輸出停止信號到并聯(lián)驅(qū)動器1，通過控制并聯(lián)驅(qū)動器I來停止整個系統(tǒng)的運行。
[0128]工作原理:控制器是整個系統(tǒng)的控制單元，控制器通過輸入的母線電壓、電流和轉(zhuǎn)速等模擬或數(shù)字信號，判斷整個系統(tǒng)的運行形態(tài)，對系統(tǒng)做出控制和調(diào)整。控制器輸出的24路開關(guān)控制信號控制主、從H橋驅(qū)動器中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，并可通過人機(jī)交互界面實現(xiàn)程序的修改、調(diào)試和固化。
[0129]緩沖保護(hù)電路主要針對母線電壓和電流，在母線和地之間并聯(lián)一個電容和電壓采樣電路，這樣通過采樣電路，母線電壓的情況可以反饋到控制器。當(dāng)母線電壓過高或過低時，控制器停止整個系統(tǒng)運行，起到保護(hù)作用。
[0130]反饋信號包括電流和轉(zhuǎn)速兩個部分。通過兩個電流傳感器采集到的電流信號通過信號調(diào)理電路后反饋到控制器，可以實現(xiàn)對三相回路中線電流的檢測。電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速信號則通過旋轉(zhuǎn)變壓器和其解碼電路實現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)變壓器和永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接在一起，將轉(zhuǎn)子的位置信號轉(zhuǎn)化成電信號，通過解碼后反饋到控制器。
[0131 ] 本系統(tǒng)在運行前需要檢測母線電壓信號、電流信號和轉(zhuǎn)子位置信號是否正常。啟動瞬間，系統(tǒng)通過控制主H橋變換器,輸出三電平方波信號，以實現(xiàn)電機(jī)的快速啟動。待電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的范圍，系統(tǒng)輸出電壓頻率達(dá)到三相變壓器工作頻率時，變壓器輸出三相交流經(jīng)整流后給從H橋變換器供電。系統(tǒng)輸出五電平PWM波實現(xiàn)對永磁同步電機(jī)的精確控制，系統(tǒng)的運行流程圖如圖5所示。
[0132]本發(fā)明的下優(yōu)點:
[0133]1、節(jié)約能源，降低了主開關(guān)器件的開關(guān)損耗，提高了整個系統(tǒng)的工作效率。
[0134]表1:
[0135]
【權(quán)利要求】
1.級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)為串聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，它包括串聯(lián)驅(qū)動器(I)、永磁同步電機(jī)(3)、信號調(diào)理電路(4)、DSP控制器(5)、旋轉(zhuǎn)變壓器(6)、解碼電路(7)、人機(jī)接口(8)、第一電流傳感器(P)、第二電流傳感器(Q)、直流電源(VCC)、電容(CO)、電阻Rl和電阻R2， 所述直流電源(VCC)的正極同時與電容(CO)的一端、電阻Rl的一端和串聯(lián)驅(qū)動器(I)的直流輸入電源正極端相連，電阻Rl的另一端同時與電阻R2的一端和DSP控制器(5)的母線電壓信號輸入端相連，直流電源(VCC)的負(fù)極同時與電容(CO)的另一端、電阻R2的另一端和串聯(lián)驅(qū)動器(I)的直流輸入電源負(fù)極端相連； 所述串聯(lián)驅(qū)動器(I)包括三相主H橋變換器(a)、三相從H橋變換器(c )和串聯(lián)三相變壓器(b)，所述三相主H橋變換器(a)的三個主H橋單元分別與串聯(lián)三相變壓器(b)的三個原邊相連，串聯(lián)三相變壓器(b)的三個副邊分別與三相從H橋變換器(c)的三個不控整流輸入端相連，三相主H橋變換器(a)的共發(fā)射極端即為串聯(lián)驅(qū)動器(I)的直流輸入電源正極端，三相主H橋變換器(a)的共集電極端即為串聯(lián)驅(qū)動器(I)的直流輸入電源負(fù)極端， 所述串聯(lián)驅(qū)動器(I)的三相逆變信號輸出端與永磁同步電機(jī)(3)的三相驅(qū)動信號輸入端相連，旋轉(zhuǎn)變壓器(6)用于檢測永磁同步電機(jī)(3)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并將檢測到的信號發(fā)送給解碼電路(7)的轉(zhuǎn)速信號輸入端，解碼電路(7)的解碼信號輸出端與DSP控制器(5)的解碼信號輸入端相連，第一電流傳感器(P)用于采集永磁同步電機(jī)(3)的B相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路(4)的第一電流采樣信號輸入端，第二電流傳感器(Q)用于采集永磁同步電機(jī)(3)的C相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路(4)的第二電流采樣信號輸入端，信號調(diào)理電路(4)的兩個調(diào)理信號輸出端同時與DSP控制器(5)的兩個調(diào)理信號輸入端相連，DSP控制器(5)的12路主H橋開關(guān)控制信號輸出端和12路從H橋開關(guān)控 制信號輸出端分別與串聯(lián)驅(qū)動器(I)的12路主H橋開關(guān)控制信號輸入端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸入端相連，DSP控制器(5)的多個通信信號輸入/輸出端分別與人機(jī)接口(8)的多個通信信號輸出/輸入端相連。
2.級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)為并聯(lián)級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，它包括并聯(lián)驅(qū)動器(2)、永磁同步電機(jī)(3)、信號調(diào)理電路(4)、DSP控制器(5)、旋轉(zhuǎn)變壓器(6)、解碼電路(7)、人機(jī)接口(8)、第一電流傳感器(P)、第二電流傳感器(Q)、直流電源(VCC)、電容(CO)、電阻Rl和電阻R2， 所述直流電源(VCC)的正極同時與電容(CO)的一端、電阻Rl的一端和并聯(lián)驅(qū)動器(2)的直流輸入電源正極端連接，電阻Rl的另一端同時與電阻R2的一端和DSP控制器(5)的母線電壓信號輸入端連接，直流電源(VCC)的負(fù)極同時與電容(CO)的另一端、電阻R2的另一端和并聯(lián)驅(qū)動器(2)的直流輸入電源負(fù)極端連接； 所述并聯(lián)驅(qū)動器(2)包括三相主H橋變換器(a)、三相從H橋變換器(c)和并聯(lián)三相變壓器(d)，所述三相主H橋變換器(a)的三相逆變信號輸出端與永磁同步電機(jī)(3)的三相驅(qū)動信號輸入端連接，并聯(lián)三相變壓器(d)的三個原邊分別與永磁同步電機(jī)(3)定子的三相定子繞組并聯(lián)，并聯(lián)三相變壓器(d)的三個副邊分別與三相從H橋變換器(c)的三個不控整流輸入端連接，三相主H橋變換器(a)的共發(fā)射極端即為并聯(lián)驅(qū)動器(2)的直流輸入電源正極端，三相主H橋變換器(a)的共集電極端即為并聯(lián)驅(qū)動器(2)的直流輸入電源負(fù)極端，所述永磁同步電機(jī)(3)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸出端與旋轉(zhuǎn)變壓器(6)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸入端連接，旋轉(zhuǎn)變壓器(6)用于檢測永磁同步電機(jī)(3)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并將檢測到的信號發(fā)送給解碼電路(7)的轉(zhuǎn)速信號輸入端，解碼電路(7)的解碼信號輸出端與DSP控制器(5)的解碼信號輸入端連接，第一電流傳感器(P)用于采集永磁同步電機(jī)(3)的B相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路(4)的第一電流采樣信號輸入端，第二電流傳感器(Q)用于采集集永磁同步電機(jī)(3)的C相驅(qū)動電流信號，并將該電流信號輸入到信號調(diào)理電路(4)的第二電流采樣信號輸入端，信號調(diào)理電路(4)的兩個調(diào)理信號輸出端同時與DSP控制器(5)的兩個調(diào)理信號輸入端連接，DSP控制器(5)的12路主H橋開關(guān)控制信號輸出端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸出端分別與并聯(lián)驅(qū)動器(2)的12路主H橋開關(guān)控制信號輸入端和12路從H橋開關(guān)控制信號輸入端連接，DSP控制器(5)的多個通信信號輸入/輸出端分別與人機(jī)接口(8)的多個通信信號輸出/輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP控制器(5)采用芯片型號為TMS320F2812的32位DSP芯片實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述解碼電路(7)中采用型號為AD2S90或AD2S99的解碼芯片實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述串聯(lián)三相變壓器(b)包括磁芯、一次繞組和二次繞組，一次繞組和二次繞組均套在鐵芯上， 所述磁芯為型號為EE-43208的鐵氧體EI磁芯，磁芯質(zhì)量為0.026kg，表面面積At為 37.9cm2， 所述一次繞組選用匝數(shù)為9、型號為AWG22的線圈， 所述二次繞組選用匝數(shù) 為38、型號為AWG28的線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)三相變壓器(d)包括磁芯、一次繞組和二次繞組，一次繞組和二次繞組均套在鐵芯上， 所述磁芯為型號為EE-43208的鐵氧體EI磁芯，磁芯質(zhì)量為0.026kg,表面面積At為 37.9cm2， 所述一次繞組選用匝數(shù)為90、型號為AWG22的線圈， 所述二次繞組選用匝數(shù)為36、型號為AWG28的線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電流傳感器(P)和第二電流傳感器(Q)均采用型號為CHB-500S、且額定值為500A的電流傳感器實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括嵌入在DSP控制器(5)內(nèi)部的控制模塊，所述控制模塊由以下單元組成: 用于采集串聯(lián)驅(qū)動器(I)或并聯(lián)驅(qū)動器(2 )輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集單元; 用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集單元，在判斷結(jié)果為否時輸出啟動信號給停止單元的電壓信號判斷單元； 用于通過第一電流傳感器(P)和第二電流傳感器(Q)采集永磁同步電機(jī)(3)的驅(qū)動電流的電流采集單元； 用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時輸出啟動信號給電機(jī)轉(zhuǎn)速采集單元，在判斷結(jié)果為否時輸出啟動信號給停止單元的電流信號判斷單元； 用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器(6)采集永磁同步電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集單元； 用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時輸出啟動信號給快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生單元，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止單元的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷單元； 用于控制三相主H橋變換器(a)輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生單兀；用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到串聯(lián)三相變壓器(b)或并聯(lián)三相變壓器(d)的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制單元，在判斷結(jié)果為否時發(fā)送啟動信號給快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生單元的工作頻率判斷單元； 用于控制三相主H橋變換器(a)和三相從H橋變換器(c)同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動串聯(lián)三相變壓器(b)或并聯(lián)三相變壓器(d)的精確控制單元； 用于輸出停止信號控制串聯(lián)驅(qū)動器(I)或并聯(lián)驅(qū)動器(2)停止輸出驅(qū)動信號的停止單元。
9.基于權(quán)利要求1所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 用于采集串聯(lián)驅(qū)動器(I)輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集步驟； 用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電壓信號判斷步驟； 用于通過第一電流傳感器(P)和第二電流傳感器(Q)采集永磁同步電機(jī)(3)的驅(qū)動電流的電流采集步驟； 用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電流信號判斷步驟； 用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器(6)采集永磁同步電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟； 用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷步驟； 用于控制三相主H橋變換器(a)輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟；用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到串聯(lián)三相變壓器(b)的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟的工作頻率判斷步驟； 用于控制三相主H橋變換器(a)和三相從H橋變換器(c)同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動串聯(lián)三相變壓器(b)的精確控制步驟； 用于輸出停止信號控制串聯(lián)驅(qū)動器(I)停止輸出驅(qū)動信號的停止步驟。
10.基于權(quán)利要求2所述的級聯(lián)式多電平變換器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 用于采集并聯(lián)驅(qū)動器(2 )輸入端的母線電壓信號的電壓信號采集步驟； 用于判斷采集的母線電壓是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電流采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電壓信號判斷步驟； 用于通過第一電流傳感器(P)和第二電流傳感器(Q)采集永磁同步電機(jī)(3)的驅(qū)動電流的電流采集步驟； 用于判斷驅(qū)動電流是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電流信號判斷步驟； 用于通過旋轉(zhuǎn)變壓器(6)采集永磁同步電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速采集步驟； 用于判斷轉(zhuǎn)速是否正常，并在判斷結(jié)果為是時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用停止步驟的電機(jī)轉(zhuǎn)速判斷步驟； 用于控制三相主H橋變換器(a)輸出三電平方波信號的快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟；用于判斷系統(tǒng)輸出的電壓頻率是否達(dá)到并聯(lián)三相變壓器(d)的工作頻率，并且在判斷結(jié)果為是時啟動精確控制步驟，在判斷結(jié)果為否時調(diào)用快速啟動驅(qū)動信號產(chǎn)生步驟的工作頻率判斷步驟； 用于控制三相主H橋變換器(a)和三相從H橋變換器(c)同時工作,輸出五電平PWM波驅(qū)動并聯(lián)三相變壓器(d)的精確控制步驟； 用于輸出停止信號控制并聯(lián)驅(qū)動器(2)停止輸出驅(qū)動信號的停止步驟。
【文檔編號】H02P6/08GK103532449SQ201310533610
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】吳海波, 王曉明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)