[发明专利]一种高速永磁电机变频调速系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于机电技术领域，涉及一种高速永磁电机变频调速系统及方法，具体地说，涉及一种基于电压型Z源逆变器的高速永磁电机变频调速系统及方法。

背景技术

现有由二极管整流器和传统电压型逆变器构成的高速电机调速系统，由于传统电压源逆变器自身拓扑结构的限制，在实际应用时存在许多局限性。首先，传统电压型逆变器为降压型逆变器，其输出电压比电网电压低，输出电压范围非常有限，在一定程度上限制了高速电机自身的过载运行能力和调速范围。其次，传统电压源逆变器自身不具备升压调控能力，在发生电网电压降落故障时调速系统将无法正常工作，需要借助辅助电路来提升电压源逆变器的输入电压，而新增的DC/DC辅助电路又将大幅增加传统交流调速系统的复杂度，增大了控制难度，同时系统的体积和成本也会增加。最后，由于直流侧的电容低阻特性限制，传统逆变器每相桥臂的上、下开关管不可以同时导通。否则，电容短路，开关管将因过流而损坏。为避免直通状态的发生，对逆变器控制必须加入死区时间，使开关管先关断、后导通。在实际应用中，电磁干扰可能会造成逆变桥开关管的误导通，使得桥臂进入直通状态，从而造成开关管的损坏。因此，它们的可靠性和抗电磁干扰能力较差。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种高速永磁电机变频调速系统及方法，将Z源逆变器引入高速永磁电机变频调速系统中，替代传统逆变器，实现对交流输出电压的灵活控制，从而提高调速系统的在电压降落故障时持续正常工作的能力，并利用Z源逆变器允许上下开关管直通的特点，解决了传统逆变器中因死区时间带来的电流谐波问题，提高了调速系统的可靠性和抗电磁干扰能力。

其技术方案如下：

一种高速永磁电机变频调速系统，包括L滤波器、二极管整流器、Z源逆变器、高速永磁同步电动机、控制器、驱动模块、电压电流霍尔检测模块、定子电流霍尔检测模块、光电编码器测角度模块、过压过流保护模块，L滤波器与连接电网和二极管整流器，用于对并网电流进行滤波，降低并网电流的谐波含量；Z源逆变器分别与二极管整流器和高速永磁同步电动机连接，此处所述的Z源逆变器由Z源交叉网络和三相逆变桥和直流输入侧IGBT开关器件组成；此外Z源逆变器与电压电流霍尔检测模块和驱动模块相连，电压电流霍尔检测模块用于检测Z源逆变器交叉解耦电容电压和电感电流，驱动模块用于向Z源逆变器的三相逆变桥发送控制脉冲信号；高速永磁同步电动机模块与光电编码器、定子电流霍尔检测模块相连；光电编码器模块用于检测电机转速，定子电流霍尔检测模块用于将检测电机定子三相电流；控制器模块与定子电流霍尔检测模块、电压电流霍尔检测模块、光电编码器模块、驱动模块和过压过流保护模块相连，控制器采样定子电流和Z源网络电容电压及电感电流，并将光电编码器模块采样过来的信号经过处理转化成电机转速，并将这些采样信号用于控制器闭环控制，并通过驱动模块，将脉冲信号处理放大，从而用于逆变器的驱动控制；在此过程中，控制器将检测过压过流保护模块报送过来的故障保护信号，并对故障信号进行响应，从而保障系统的正常运行；过压过流保护模块与电压电流霍尔检测模块、定子电流霍尔检测模块、驱动模块以及控制器相连，该模块对检测模块检测到的电流电压信号进行处理和判断，输出故障信息，并将故障信息输送给驱动模块及控制器做出相应的保护动作。

一种高速永磁电机变频调速方法，包括以下步骤：控制程序由程序入口启动，对FLASH脱机模式进行判断，若脱机运行，则执行RAM清零和程序搬移，然后对系统IO口、外设中断、中断向量表、FLASH、外设进行初始化，然后从EEPROM中读取功能设置参数，进行AD初始化，并启动AD，然后进行模拟输入，输出电流、输出电压的零漂校正，并对Timer0设置和启动，然后分别开放AD中断，PWM中断，CPUTimer0中断，EQEP2中断，然后程序将进入中断等待主循环，等待主中断及其它中断的到来，其中主中断是指PWM中断，在主中断中将进行实时运行参数修改和故障和运行标志检测等操作。

优选地，进入中断后首先进行过零中断和周期中断的切换，并对载频在线更新，接下来对电压电流AD采样值进行处理，根据指令执行是否校订零漂工作，然后对交流电流和电压将进行Clark变换，接下来执行基于Z源逆变器高速电机矢量控制操作，并将结果进行SVPWM调制输出，然后对PWM作用时间进行更新，进行Can通信查询和数据处理，最后进行中断开放处理，退出主中断。

进一步优选，所述Z源逆变器矢量控制的步骤为：