[发明专利]大功率无刷双馈电机三电平双向变频调速系统

说明书

本发明公开一种大功率无刷双馈电机三电平双向变频调速系统，其特征在于该系统由无刷双馈电机和三电平双PWM交流调速系统两大部分组成，三电平双PWM交流调速系统包括有无刷双馈电机三电平PWM整流单元和无刷双馈电机三电平逆变器单元。本发明的三电平双PWM交流调速系统主电路结构中每相桥臂采用四个功率器件串联，与两电平主电路结构相比，每个功率器件承受电压更小，同时整流端采用三电平PWM整流器，可以实现能量双向流动，提高能量回收率，减少电机交流调速系统的能量损耗，适合应用于高压大功率电机驱动场合。

技术领域

本发明涉及一种无刷双馈电机的变频调速系统，特别涉及一种大功率无刷双馈电机三电平双向变频调速系统，属于自动化控制以及数控领域。

背景技术

无刷双馈电机(简称为BDFM)是一种新型交流感应电机。其结构上定子端具有两套相互独立的不同极对数的三相定子绕组，分别称为功率绕组和控制绕组。分别由电网和变频电源供电。两套定子绕组共用一套铁心且没有直接的电磁耦合。这种电机在结构上取消了电刷和滑环，具有结构简单、坚固耐用、功率因数可调等优点。电机具有一套特殊结构的转子绕组。转子绕组采用特殊的结构，无刷双馈电机可以运行于同步，异步和双馈等多种状态，因此其在交流调速调速系统和变速恒频发电等领域中有着广阔的应用前景。三电平双PWM结构的变频调速系统功率因数可调，可实现能量双向传递，同时具有耐压程度更高、输出电压波形质量高等优点，适用于高压大容量交流调速系统。目前，对无刷双馈电机设计和控制方法的研究已经成为了研究热点。但是由于无刷双馈电动机模型较普通交流感应电机结构复杂，因此其控制系统结构和控制算法的开发具有一定的难度。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术的上述不足，经过反复研究和大量试验后提供一种大功率无刷双馈电机三电平双向变频调速系统及其控制方法。本发明采用的三电平交流调速系统结构相对两电平结构控制精度更高，耐压更好。同时整流端采用三电平PWM整流器，可以实现能量双向流动，提高能量回收率，减少电机交流调速系统的能量损耗，适合应用于高压大功率电机驱动场合。

本发明给出的这种大功率无刷双馈电机三电平双向变频调速系统，其特征在于该系统由无刷双馈电机和三电平双PWM交流调速系统两大部分组成，三电平双PWM交流调速系统包括有无刷双馈电机三电平PWM整流单元和无刷双馈电机三电平逆变器单元；

所述的无刷双馈电机三电平PWM整流单元：包括控制电路板单元，霍尔传感器、整流端交流电压、电流信号调理电路单元，整流器驱动电路单元；

所述的无刷双馈电机三电平逆变器单元：包括逆变器主电路单元、霍尔传感器电压电流检测单元、功率绕组交流电压，电流信号调理电路单元、控制绕组交流电压、电流信号调理电路 单元，直流端电压检测电路单元、逆变器驱动电路单元；

其中无刷双馈电机的功率绕组连接工频电网，控制绕组连接交流调速系统；交流调速系统中的三电平PWM整流单元连接工频电网和直流端电容，将工频电网的交流电整流为直流电，检测单元由霍尔传感器连工频电网采集电压和电流信息，采集后的信号经过信号调理电路的滤波、放大送入DSP控制单元中DSP的AD端口，DSP计算整流所需的PWM信号，PWM信号送入驱动电路，驱动电路根据PWM信号控制主电路中开关器件的导通和关断。以实现交流整流为直流的整流过程；

工频电网的交流电电流经过整流后通过直流母线电容的滤波作用，送入三电平PWM逆变单元，逆变单元分别采用霍尔传感器连接功率绕组端和控制绕组端，采集功率绕组端的电压、电流信号，信号送入信号调理电路，经过滤波放大送入DSP控制单元AD端口，DSP芯片计算出控制电机所需的PWM波信号，将PWM信号送入驱动电路，驱动电路根据信号控制主电路开关器件的导通和关断。以控制电机。