[发明专利]基于多相矩阵变换器驱动的多相电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电气传动领域，尤其是一种基于多相矩阵变换器驱动的多相电机控制系统。

背景技术

多相电机主要的应用领域为高可靠性要求以及中大功率场合：如核电站，电动车辆，舰船推进系统，航空航天等。在中大功率传动领域，由于受传统的三相电供电限制，多数采用三相电机作为传动设备，但是由于受电力电子器件单管电压承受能力的限制，多数采用多个电力电子器件串联或并联的方式对电机进行供电。在中大功率领域主要的研究方向有两个，一个是多电平驱动的方式来提供功率等级，另一个研究方向就是采用多相驱动的方式来提高功率等级，而多电平驱动受电力电子器件本身的同一性影响，在电力电子器件串联存在分压的问题，电力电子器件并联时存在分流问题。而采用多相驱动方式能够有效的使用低压器件实现大功率的传动，特别是在供电电压幅值受限制时，能够有效的提供功率等级。

与传统的三相电机相比，多相电机具有如下的优点：

1)在供电电压幅值受限制的场合，可以采用多相电机实现低压大功率传动；

2)多相电机随着相数的增加，电机的输出转矩更加平衡，脉动更小，可以大大提高传动系统的动态和稳态性能；

3)系统的可靠性更高，具有较强的容错运行能力；多相电机传动系统中，随着相数的增多，当多相电机中的某一相绕组或几相绕组发生短路或开路故障时，或者电力电子变换器中的某一相或几相发生短路或开路故障时，通过容错控制，切除故障相，多相电机仍可运行。

传统的多相电机驱动主电路的结构为交-直-交电压型变换器，即把传统的三相交流电通过交直整流，先变成直流电，然后通过直交逆变电路，把直流电逆变成与电机相数相同的交流电；这种结构由于中间电容的整流滤波作用，能够实现输出电压与输入电压的解耦控制，并对电网电压的扰动具有一定的抑制能力；但是这种结构存在如下缺点：

1)不能现在功率的双向流动，当电机处于制动状态时，不能有效的将电能回馈给电网；

2)输入端的功率因素不可调，特别是当电机工作在轻载时，网侧的功率因素会比较低，对电网不利；

3)因为电容的存在，使得整个设备的体积和重量大大增加。

交-交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路，所采用的电力电子器件主要为晶闸管。交交变频电路的输出电压是由许多段电网电压拼接而成的，每段电网电压的平均持续时间是由变流电路的脉波数决定的。因此当输出频率增高时，输出电压一周期内所含电网电压的波段数就会减少，波形畸变严重，这就使的输出电压的上限频率一般不高于电网频率的1/3～1/2，即约为20Hz。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种通用性好，可扩展性能强，效率高的基于多相矩阵变换器的多相电机控制系统，以实现对多相电机的高精度的调速性能，并且整个控制系统具有很强的容错控制能力，特别适合于对可靠性要求比较高的场合。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于多相矩阵变换器驱动的多相电机控制系统，包括一个多相矩阵变换器，该多相矩阵变换器由3×3n个双向开关管组成一个3×3n的开关矩阵，每个开关管的导通与关断通过控制器发出的触发脉冲信号来控制，输入侧与三相交流电源相连接，输出侧与相数为3×n(n是≥2的正整数)的多相电机相连接，该多相矩阵变换器作多相电机的驱动系统与其相配套，用于实现多相电机的调速控制，网侧功率因素的控制，以及电机制动时能量的回馈控制。

作为优选，多相矩阵变换器采用矢量控制与多相电机的矢量或直接转矩阵控制相配合。

发明有益的效果是：与现有的技术相比，其效率更高，整个控制系统将保证多相电机具有高精度的调速性能，能够保证多相电机四相限运行，在多相电机制动运行时，能够将能量回馈给电网，大大提高了系统的效率；并且通过多相矩阵变换器的调制策略，能够大大降低系统对电网电能质量的影响，如谐波和功率因素，将会有很大的改善，特别是当多相电机工作于低负载时。

附图说明

图1基于多相矩阵变换器驱动的多相电机控制系统主电路结构图；

图2为图1中的多相电机的结构图；

图3基于多空间矢量的多相矩阵变换器驱动多相电机控制系统主电路的等效图；

图4多相电机在定子d-q坐标平面上的状态矢量图；

图5多相电机在定子d-q坐标平面上最大矢量图；

图6虚拟整流侧的电流空间矢量图；

图7基于多相矩阵变换器驱动的多相电机控制系统的功能框图；

具体实施方式