[发明专利]一种永磁同步电机的变频电路

说明书

技术领域：

本发明涉及一种永磁同步电机的变频电路，属于电机控制领域。

背景技术：

高速永磁电机普遍采用高频、非正弦PWM逆变器供电，频率可达几千赫兹到几万赫兹，由高速永磁同步电机的结构特点和运行状态要求可知，高速永磁同步电机的定子电感很小，通常低于0.5mH。从有利的一方面来说，小电感特性利于提高定子电流的动态响应速度，然而此特性对电机控制系统还会带来诸多不利影响。采用开关频率为数千赫兹的三相电压源PWM逆变器直接对此类型电机进行驱动时，由于电机定子电感很小，因此难以实现对绕组电流的有效调节，这将导致绕组电流发生畸变，电流中含有很大的谐波成分，从而会增加绕组铜损和铁心损耗，同时还会产生较大的转矩脉动和噪声。为了减小变频器输出的电流中的谐波含量，从而更好地实现对高速永磁同步电机的控制，通常的方法就是在变频器的输出端串入大小适中的三个相同的电感，使永磁同步电机定子等效电感变大，从而滤出基波以外的电流分量。但是在变频器的输出端加装滤波电感会使整个系统的体积、重量及成本成倍的增加，同时由于电感对电流起滞后作用，这无疑又会降低电枢电流的动态响应速度。另外一种方法是通过提高开关管的控制频率，以实现对定子电流快速调节的目的。然而开关管的开关频率不能无限制地增加，它还受到系统功率的限制，因此需要对永磁同步电机的变频电路加以改进。

发明内容：

本发明提供了一种永磁同步电机的变频电路，目的在于解决现有永磁同步电机定子电流中谐波含量较高的问题，其可以实现再生制动，使交流输出电流接近正弦波，可减小定子电流畸变率，进而提高了永磁同步电机控制性能。

本发明的永磁同步电机的变频电路，为达到上述目的所采用的技术方案是：包括三个交流侧电感、三相桥式PWM整流单元、电容C1、三相桥式PWM逆变单元和CLC滤波单元，所述三个交流侧电感包括三个电感L1，三个电感L1以串联的形式接入电路中；所述三相桥式PWM整流单元和三相桥式PWM逆变单元均包括六个绝缘栅双极晶体管，每个绝缘栅双极晶体管分别与一个二极管反向并联，所述三个交流侧电感的一端与三相电源相连，另一端与三相桥式PWM整流单元的一端相连，三相桥式PWM整流单元的另一端通过电容C1与三相桥式PWM逆变单元的一端相连，三相桥式PWM逆变单元的另一端与CLC滤波单元的一端相连，CLC滤波单元的另一端连接永磁同步电机。

作为本发明的进一步改进，所述CLC滤波单元包括第一滤波单元、三个电感L4和第二滤波单元，所述的第一滤波单元的输入端分别与三相桥式PWM逆变单元的输出端、电感L4的一端相连，所述的第二滤波单元分别与电感L4的另一端、永磁同步电机的输入端相连。通过第一滤波单元能够有效地吸收三相桥式PWM逆变单元电流中5到7次的谐波，通过第二滤波单元能够有效地吸收电流中7次以上的高频谐波。

作为本发明的进一步改进，所述第一滤波单元包括三个电容C2、三个电容C3、三个电感L2和三个电感L3，三个电容C2的一端分别与三相桥式PWM逆变单元3的输出端、电感L4的一端相连，另一端分别与三个电感L2的一端相连，三个电感L2的另一端分别与电容C3和电感L3的一端相连，电感L3的另一端和电容C3的另一端均与接地端相连。

作为本发明的进一步改进，所述第二滤波单元包括三个电容C4、三个电感L5和三个电阻R1，三个电容C4的一端分别与电感L4的另一端、永磁同步电机的输入端相连，另一端分别与三个电感L5的一端、三个电阻R1的一端相连，三个电感L5的另一端、三个电阻R1的另一端均与接地端相连。

作为本发明的进一步改进，所述二极管为高反向电阻点接触型二极管,其反向电阻高,和储能元件一起使用，可防止电路中电压电流的突变，为反向电动势提供耗电通路。

本发明的有益效果是：本发明采用三相桥式PWM整流电路替换传统不可控整流器，无需增加任何附加电路就能实现变频器再生能量向电网的回馈，采用PWM整流技术，它直接对整流桥上各功率开关原件进行控制，使得输入电流接近正弦波，其相位与电压源相位相同。这样输入电流中只含与开关频率有关的高次谐波，这些谐波次数高，容易滤除，同时，也使功率因数接近1，减少对电网的危害，双PWM具有输入电压、电流频率固定，波形均为近似正弦，功率因数接近1，输出电压电流频率可变，电流波形近似为正弦的特点，输出电流流经CLC滤波单元，能有效的抑制输出电流中除基频以外的各次谐波电流，使得流入永磁同步电机的电枢电流为正弦波的特点。这种变频器可实现四象限运行，可以实现能量的双向流动。

附图说明：