[发明专利]基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动系统及方法

说明书

本发明公开一种基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动系统，五桥臂变换器包含相互并联的6开关三相变换器和4开关单相变换器，6开关三相变换器的输出端与开绕组永磁同步电机的左端绕组ABC相连，4开关单相变换器的输出端与右端绕组A′C′相连，右端绕组B′与左端绕组A相连；电流信号采集模块用于采集开绕组永磁同步电机的电流信号，位置信号采集模块用于采集开绕组永磁同步电机的电压信号，且前述电流、电压信号均送入控制器，实现转速电流双闭环控制，由驱动模块输出PWM信号，实现对五桥臂变换器的控制。此系统成本低，调速性能好。本发明还公开一种基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动方法。

技术领域

本发明属于电机系统及控制领域，特别涉及一种开绕组永磁同步电机驱动系统的变换器拓扑结构及控制方法。

背景技术

开绕组结构电机是将传统三相交流电机的中性点打开，构成具有双端口的绕组开放式结构，电机的磁路及结构没有任何改变，开绕组结构电机不改变传统电机的基本性能，并且由于中性点打开之后传统各相电机绕组之间的约束关系不再存在，各相绕组独立，可以在一定程度上提高电机本体的可靠性，并且其两个端口可以分别连接变换器，通过两端口的变换器可以协调控制各变换器承担一半的功率，并且两端口的变换器在相同绕组电流纹波的条件下，降低其开关频率，很好地满足了大功率电机系统的变换器的需求，因此开绕组结构及其控制技术的研究成为当前交流电机研究的重要拓展方向。

开绕组结构电机通常与双逆变器组成驱动系统，双逆变器分别连接在开绕组电机的两个端口，双逆变器可以分别采用各自的电源供电，即双电源供电方式，通过设置两侧电源的电压等级，可以方便实现三电平、四电平的调制方式，有效抑制驱动电机绕组的电流谐波，在此基础上，将两侧逆变器扩展为三电平、五电平、七电平等等，可以衍生出多种类型的多电平开绕组电机驱动，极大地丰富了开绕组电机的研究内容。另外，为降低驱动系统的成本并减小驱动系统的复杂程度，还可以将双逆变器的直流侧并联，即电源供电方式，该拓扑结构也可以看作电机三相绕组分别连接一套H桥变换器，每相绕组可以独立控制，使得驱动系统的可靠性大幅提高，相比较单电源供电方式，系统的成本有了大幅缩减，但是共直流母线的连接方式，使得开绕组结构电机内部存在零序通路，因此其零序电流的抑制及双逆变器的矢量调制技术等成为研究热点。

可见开绕组结构由于其双端口的特性使其具有极大的灵活性，辅以合适的功率变换器能够具备优良的驱动性能。目前，永磁同步电机作为电机驱动系统首选高功率密度、高效率、高性能结构类型电机，开绕组结构永磁同步电机结合相应的功率变换器能够构成具备优良特性的驱动系统，然而，现有的适合开绕组结构电机的双逆变器及其衍生的多电平逆变器拓扑结构，虽然能够很好地实现驱动控制功能，但是超过12个开关器件的变换器拓扑，大大增加了驱动系统的成本，并且控制系统的复杂程度也较高，因此针对开绕组永磁同步电机驱动系统，研究一种简化的变换器拓扑结构及其控制技术成为推广其应用领域的重要途径。

发明内容

本发明的目的，在开绕组永磁同步电机与单电源供电的双逆变器拓扑构成的驱动系统的基本工作原理基础上，提供一种基于五桥臂变换器的开绕组永磁同步电机驱动系统及方法，其成本低，调速性能好。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：