[发明专利]基于矩阵变换器的永磁同步电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及高效永磁电机控制系统领域，尤其涉及一种基于矩阵变换器的永磁同步电机控制系统。

背景技术

随着电力电子技术和电机控制技术的发展，交流电气传动系统在实践当中已有广泛的应用，如用在风机、电力机车和轻工机械等，其控制效果可与直流调速相媲美，并且还拥有直流调速系统没有的一系列优点。交流电气传动系统的执行电机一般为异步电动机、永磁同步电机和无刷直流电机。其中，永磁同步电机由于其转子为永磁体，没有复杂的电刷结构，且采用矢量控制或直接转矩控制可以使永磁同步电机调速系统的控制性能接近直流电机调速系统的性能指标，因此广泛应用于伺服控制及电气传动等场合。

构成交流电气传动系统的除了执行电机外还包括变频装置，常见的变频装置主电路拓扑结构主要包括AC/DC/AC变换器(双PWM变换器和不控整流PWM变换器)及AC/AC变换器(主要是周波变换器)，其中，不控整流PWM变换器采用二极管不控整流，会造成输入电流发生畸变，使得输入电流波形非正弦，谐波增大，输入功率因数偏低，能量无法实现双向流动，且中间直流环节含有大电容；双PWM控制器整流和逆变均采用全控性器件，实现了输入电流输出电压正弦化，能量双向流动，实现高功率因数运行，但该结构仍需要中间直流储能电容；周波变换器由于没有中间直流环节，利用电网电压实现晶闸管的自然换流，实现了能量双向流动和四象限运行，但由于采用移相触发方式实现功率变换，使得电流电压波形畸变严重，输入功率因数较低。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种基于矩阵变换器的永磁同步电机控制系统，已解决现有技术不足。

本发明的基于矩阵变换器的永磁同步电机控制系统，其包括主电路、检测电路、控制电路、驱动电路、信号处理电路以及箝位电路；主电路包括三相交流电源、RLC输入滤波器、双向开关矩阵电路以及永磁同步电机；检测电路包括输入电压检测模块、输出电压电流检测模块以及光电编码器，其中，输入电压检测模块用于进行输入相电压过零点检测，输出电压电流检测模块用于进行输出电流极性检测、输出电压大小检测和输出电流大小检测，而光电编码器用于对永磁同步电机的转速和转子初始位置进行检测；控制电路包括ARM模块和FPGA模块，以实现坐标变换、计算定子磁链、计算电磁转矩、输入电流扇区、输出电压扇区以及求出矢量作用时间和矢量分配情况的功能；驱动电路用于对控制电路中的FPGA输出的PWM信号进行放大以及隔离驱动双向开关矩阵电路中的开关管；信号处理电路用于对输入电压检测模块及输出电压电流检测模块采集的信号进行限幅、滤波和比较整形；箝位电路用于保护双向开关矩阵电路中的开关管免遭过压损坏。

优选地，箝位电路包括过压吸收电路模块和泄放电路模块；过压吸收电路模块包括第一电容、第二电容、第九电阻、第十电阻以及多个二极管；过压吸收电路模块和泄放电路模块用于在双向开关矩阵电路带感性负载时，通断切换双向开关矩阵电路中的开关管瞬间形成高压尖峰，通过高压尖峰能量对第一电容和第二电容进行充电以保护双向开关矩阵电路中的开关管；第九电阻和第十电阻为均压电阻。

优选地，多个二极管包括6组二极管，6组二极管中的每一组包括两个串联的二极管，6组二极管并联连接于泄放电路模块的两端；第一电容的一端和第十电阻的一端M连接后与泄放电路模块的一端相连接，第一电容的另一端、第十电阻的另一端、第二电容的一端以及第九电阻的一端连接在一起，第二电容的另一端和第九电阻的另一端连接后与泄放电路模块的另一端N相连接。