[发明专利]一种带有电力失效补偿功能的磁悬浮分子泵电机控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有电力失效补偿功能的磁悬浮分子泵电机控制装置，能够驱动高速磁悬浮永磁电机，实现软起动功能，同时在外部电力失效时，能够通过控制开关电源变换装置将永磁电机回馈的能量转换为所需的电源类型，实现对磁轴承电源系统的实时补偿，防止转子在工作时直接跌落在转子上，特别适用于对于电源可靠性要求苛刻的高速磁悬浮分子泵电机控制系统。

背景技术

分子泵是获得超高真空环境的高端科学仪器设备的关键核心部件，是我国尖端科学仪器、国防领域核心器件、高技术产业工艺装备研制必不可少的关键仪器设备。根据转子的支承方式，分子泵分为机械轴承分子泵和磁悬浮分子泵。和机械轴承分子泵相比，磁悬浮分子泵采用磁悬浮电机系统作为驱动装置，转速高，抽速大，压缩比大，无需润滑，不存在油扩散污染，无摩擦，寿命长。

磁轴承系统采用电磁力来支承转子，对于电源可靠性要求极高，传统的磁悬浮分子泵电机驱动系统并不具备磁轴承电力失效补偿的功能。磁悬浮分子泵一般采用不间断电源系统或者使用基于电机能量回馈的开关电源装置，具备一定的电力失效补偿能力，其中不间断电源系统必须使用化学电池，增加了系统硬件和维护成本，而基于电机能量回馈的开关电源使用的是集成的模拟控制芯片，采用传统的模拟控制方法，这种控制方式对于开关电源变换器的非线性和参数时变特性无法进行有效补偿，此外其工作独立于电机的驱动装置，无法和整个分子泵控制系统进行有效通讯，限制了系统电源转换效率的进一步提高。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有磁悬浮分子泵系统电力失效补偿时所采用的的开关电源系统无法对于开关变换器所具有的非线性和参数时变特性进行有效控制的不足，提出一种以DSP为核心，基于数字控制技术的，带有电力失效补偿功能的磁悬浮永磁电机控制装置。

本发明的技术解决方案：一种带有电力失效补偿功能的磁悬浮分子泵电机控制装置，包括：

单相可控整流模块2：与DSP控制器模块3相连接，输入220V单相交流电，DSP控制模块3以霍尔电压传感器4的输出作为反馈，通过电压闭环控制输出相控整流信号，控制单相可控整流模块2实现AC/DC相控整流，输出0V～310V可调的直流电压，为三相逆变桥模块8提供直流母线电压；

DSP控制器模块3：作为整个电机控制装置的核心模块，与单相可控整流模块2、三相逆变桥模块8、高压DC/DC模块6、低压DC/DC模块7相连接，通过霍尔电压传感器4的输出作为反馈，产生相控整流信号，控制单相可控整流模块2实现AC/DC可控整流，通过霍尔电流传感器5的输出作为反馈，使用电流转速双闭环电机控制器产生PWM信号，控制三相逆变桥模块8，实现对永磁电机11的驱动，通过对电压传感器1的输出进行监控，在外部电力失效时，采用电压传感器4的输出作为反馈，通过电压控制器产生PWM信号，控制高压DC/DC模块6，实现对永磁电机的回馈能量进行转换，得到磁轴承功放系统电源，另外低压DC/DC模块7在系统外部电力失效时，输出+5V和+15V为DSP控制器模块3供电；

高压DC/DC模块6：与DSP控制器模块3、低压DC/DC模块7以及磁轴承功放系统9相接，正常工作时DSP控制器模块3关闭PWM信号，高压DC/DC模块6不工作，当外部电力失效时，DSP控制器模块3根据电压传感器4以及预定值，通过电压闭环非线性滑模控制器产生PWM信号，驱动高压DC/DC模块6，实现对于电机回馈能量的转换，输入为电机直流母线电压，输出+28V，为磁轴承功放系统9和低压DC/DC模块7提供直流电源；

低压DC/DC模块7：与高压DC/DC模块6、DSP控制器模块3和磁轴承控制系统10相连接，正常运行时不工作，而当外部电力失效时，高压DC/DC模块6输出+28V直流电压作为其输入，通过隔离DC/DC模块转化为+5V和+15V，为DSP控制模块3提供控制电源；

三相逆变桥模块8：与单相可控整流模块2和DSP控制器模块3输出相连接，输入相控整流出的直流电压，DSP控制器模块3根据电流传感器5的输出作为反馈，按照给定的转速，通过电流转速双闭环控制器输出PWM信号，控制三相逆变桥模块8将直流电压逆变为三相交流电压，驱动永磁电机11。

所述的带有电力失效补偿功能的磁悬浮分子泵电机控制装置，所述DSP控制器模块3采用TMS320F28335浮点型DSP作为核心控制芯片。