[发明专利]变频控制方法及装置、超高速永磁同步电机的控制方法

说明书

本发明提供一种变频控制方法及变频控制装置、超高速永磁同步电机的控制方法，该变频控制方法应用于变频控制装置，该变频控制装置包括直流斩波电路以及逆变电路，该方法包括获取永磁同步电机的实际频率，根据实际频率与永磁同步电机运行的目标频率计算母线调节电压，根据母线调节电压调节直流斩波电路的两个第一开关器件的导通时间；根据目标频率向逆变电路中的第二开关器件加载控制信号，在变频控制装置的输出频率的一个周期内，每一第二开关器件的开关状态切换一次。该变频控制装置用于实现上述的变频控制方法。本发明可以满足超高速变频设备的控制要求，且第二开关器件的开关频率较低，降低变频控制装置的成本。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体的，涉及一种变频控制方法以及实现这种方法的变频控制装置，还涉及一种应用该变频控制方法对超高速永磁同步电机进行控制的超高速永磁同步电机的控制方法。

背景技术

随着机械加工技术的发展，越来越多机床配置超高速电机，由于超高速电机的转速比常规电机的转速高很多，而且功率密度大、转动惯量小、动态响应较快，因而越来越被重视，超高速电机的技术发展也成为研究人员的研究重点。

超高速电机的转速能达到数十几万转/分钟，其最高输出频率可达到2kHz以上。超高速永磁同步电机是一种典型的超高速电机，这种电机通常设置由多个开关管，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，通过多个开关管向超高速永磁同步电机输出驱动信号。为了向超高速永磁同步电机加载的电流呈比较理想的正弦波信号，向各开关管记载的PWM 调制信号就需要极高的开关频率，例如，理想的开关频率需达到25kHz 以上。

但是，目前普通的绝缘栅双极型晶体管受到开关器件的最高工作频率的限制，几乎无法同时达到这么高的开关频率和功率要求，此外，过高的开关频率容易损坏绝缘栅双极型晶体管。另外，为了向各开关管输出极高频率的PWM信号，需要处理器采用比较复杂的控制算法，也就是对处理器的工作速度提出了极高的要求，但目前普通使用的处理器，例如DSP处理器的运算速度难以到达产生极高频率的PWM信号的要求，难以满足超高速永磁同步电机的快速动态响应的要求，而且处理器在控制的准确性、快速性方面会出现问题。

为了解决上述问题，一些研究人员提出了相应的解决方案，如申请号CN201710169900.2的中国发明专利提出了一种应用于高速电机的驱动控制器，该方案将逆变器中6个普通绝缘栅双极型晶体换成SiC 材料的绝缘栅双极型晶体，SiC材料制成的绝缘栅双极型晶体导通电阻低、能够耐受更高的环境温度，降低散热器体积及功率损耗，提高高速电机驱动控制器的效率和功率密度。但是，由于SiC材料的绝缘栅双极型晶体成本非常高，导致这种方案的实现成本高，而且硬件电路的驱动保护电路设计更加复杂。

由于超高速永磁同步电机的转速高且调速范围更宽，如果应用这种方法对电机进行控制，所产生的谐波频率将非常接近电机的基波频率，而且超高速永磁同步电机的供电系统谐波更大，因此此时抑制超高速永磁同步电机供电系统的谐波电流非常困难。因而，现有的这种方案中，PWM变频器将不适用于超高速永磁同步电机的控制。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种成本低且采用较低频率的PWM信号控制的变频控制方法。

本发明的第二目的是提供一种实现上述变频控制方法的变频控制装置。

本发明的第三目的是提供一种应用上述变频控制方法的超高速永磁同步电机的控制方法。

为实现本发明的第一目的，本发明提供的变频控制方法应用于变频控制装置，该变频控制装置包括直流斩波电路以及逆变电路；该方法包括：获取永磁同步电机的实际频率，根据实际频率与永磁同步电机运行的目标频率计算母线调节电压，根据母线调节电压调节直流斩波电路的两个第一开关器件的导通时间；根据目标频率向逆变电路中的第二开关器件加载控制信号，在变频控制装置的输出频率的一个周期内，每一第二开关器件的开关状态切换一次。