[发明专利]串联级联式多电平变换器的永磁同步电机驱动控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种串联级联式多电平变换器的永磁同步电机驱动控制系统。

背景技术

目前，传统的级联式多电平变换器(CHB，Cascaded H-bridge converter)大量的应用于永磁同步电机的驱动控制电路中，其优势在于能够减少输出电压中的谐波和获得更低的du/dt，能够减小产生的共模电压，降低电机的轴向压力提高输出功率，降低开关频率，同时具有模块化可扩展功能和更高的稳定性。但是传统的级联式多电平转换器多采用若干个独立直流电源供电，这就推高了成本，降低了效率，同时给设计带来很大困难，特别是在新能源电动汽车/混合动力汽车这种只包含有一个电池组作为直流电源供电的情况下，如何提供其余的多个独立直流电源就成了一个急需解决的问题。

在解决这个问题上，各国科学家多采用简化级联式多电平拓扑结构的办法来实现其拓扑结构的最优化，最大限度的减少对独立电源数量上的需求，同时寻求其他替代电源比如电池组、超级电容或燃料电池等的方法来实现多电源供电。但是，最优化后的拓扑结构仍然需要多个独立的直流电源，同时这些替代电源在设计上并不适用于像新能源汽车类的单一电源工作环境。还有科学家采用多绕组曲折变压器来实现供电需求，但是这种变压器体积庞大，设计上困难，且工程成本比较高。现有的应用于新能源电动汽车上的级联式多电平变换器输出谐波多、输出电能质量低，进而影响新能源电动汽车的舒适度。

发明内容

本发明是为解决现有新能源电动汽车上牵引电机输出谐波多、输出电能质量低，进而影响新能源电动汽车的安全性和舒适度的问题，而提出了串联级联式多电平变换器的永磁同步电机驱动控制系统及其控制方法。

串联级联式多电平变换器的永磁同步电机驱动控制系统，它包括驱动器、永磁同步电机、信号调理电路、DSP控制器、旋转变压器、解码电路、人机接口、第一电流传感器、第二电流传感器、直流电源、电容C0、电阻R1和电阻R2，

所述直流电源的正极同时与电容C0的一端、电阻R1的一端和驱动器的直流输入电源正极端相连，电阻R1的另一端同时与电阻R2的一端和DSP控制器的母线电压信号输入端相连，直流电源VCC的负极同时与电容C1的另一端、电阻R2的另一端和驱动器的直流输入电源负极端相连；

所述驱动器由三相主H桥变换器、三相从H桥变换器和三相变压器组成，所述三相主H桥变换器的三个主H桥单元分别与三相变压器的三相原边相连，三相变压器的幅边分别与三相从H桥变换器的三个不控整流输入端相连，三相主H桥变换器的共发射极端即为驱动器的直流输入电源正极端，三相主H桥变换器的共集电极端即为驱动器的直流输入电源负极端，

所述驱动器的三相逆变信号输出端与永磁同步电机的三相逆变信号输入端相连，永磁同步电机的电机转速信号输出端与旋转变压器的电机转速信号输入端相连，旋转变压器的变压信号输出端与解码电路的变压信号输入端相连，解码电路的解码信号输出端与DSP控制器的解码信号输入端相连，第一电流传感器用于采集三相变压器的B相的电流信号，并将该电流信号输入到信号调理电路的第一电流采样信号输入端，第二电流传感器用于采集三相变压器的C相的电流信号，并将该电流信号输入到信号调理电路的第二电流采样信号输入端，信号调理电路的两个调理信号输出端同时与DSP控制器的两个调理信号输入端相连，DSP控制器的12路主H桥开关控制信号输出端和12路从H桥开关控制信号输出端分别与驱动器的12路主H桥开关控制信号输入端和12路从H桥开关控制信号输入端相连，DSP控制器的多个通信信号输入/输出端分别与人机接口的多个通信信号输出/输入端相连。

串联级联式多电平变换器的永磁同步电机驱动控制系统的永磁同步电机驱动控制方法为：

用于采集驱动器输入端的母线电压信号的电压信号采集步骤；

用于判断采集的母线电压是否正常，并在判断结果为是时调用电流采集步骤，在判断结果为否时调用停止步骤的电压信号判断步骤；

用于通过第一电流传感器和第二电流传感器采集永磁同步电机的驱动电流的电流采集步骤；

用于判断驱动电流是否正常，并在判断结果为是时调用电机转速采集步骤，在判断结果为否时调用停止步骤的电流信号判断步骤；

用于通过旋转变压器采集永磁同步电机的转速的电机转速采集步骤；

用于判断转速是否正常，并在判断结果为是时调用快速启动驱动信号产生步骤，在判断结果为否时调用停止步骤的电机转速判断步骤；

用于控制三相主H桥变换器输出三电平方波信号的快速启动驱动信号产生步骤；