[发明专利]一种高速电动机控制用交错并联Buck变换器

说明书

技术领域

本发明涉及高速电动机控制的电力电子变换技术，特别是针对大功率高速电动机控制系统用交错并联Buck变换器的电力电子变换装置和调制方法。

背景技术

随着电动机的绿色节能需求，高速电动机因其高转速，高功率密度，小体积而成为电机方向的研究热点之一。高速电动机高速运行时，其相应的三相桥式逆变器开关管的工作频率高，续流二极管反向恢复时间长，而导致逆变器损耗大，效率低。

为提高系统效率，直流电源先经过高频Buck变换器调制后送至三相桥式逆变器再与电动机绕组连接。但是对于高速大功率电动机，Buck变换器由于开关频率高，开关损耗大，导致电路效率和功率开关管使用寿命降低。且由于功率开关管的耐电压和过电流容量的限制，Buck变换器的功率等级难以满足大功率高速电动机控制系统的需求。

为解决Buck变换器功率等级的问题，有学者提出将交错并联技术应用于Buck变换器的设计中。以专利200910234344.8为代表的多输入Buck直流变换器代替单输入Buck直流变换器。但该系统作为将多种新能源结合起来构成新能源联合供电系统，未针对高速电动机这一类感性负载进行斩波电路的优化设计，不能满足高速电动机控制系统电能调制需求。专利201210124755.3提出了一种用于高速大功率电动机控制电路用的无损缓冲电路，有利于降低开关管损耗。但该电路作为一个电力电子变换装置，未提出具有小电枢电感特点的大功率高速电动机控制系统用交错并联Buck变换器的调制方法。

由于高速电动机控制系统用电力电子变换具有电流大、频率高、动态响应快的特点。文献通常从磁性元件设计、控制电路设计、移相控制等方面进行开关电源设计，不能满足具有小电枢电感特点的高速电动机这类感性负载需求，且未提供高速电动机控制系统用交错并联Buck变换器的调制方法。

因此，现有的交错并联Buck变换器不能满足大功率高速电动机高速运行时高效率电力电子变换的需求，不能解决高速电动机控制系统用交错并联Buck变换器的调制问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：解决现有的高速电动机控制系统电力电子变换的需求。提出一种针对高速电动机控制系统用交错并联Buck变换器的硬件装置和调制方法，该方法可以降低高速电动机控制系统损耗，提高运行效率。

本发明的技术解决方案是：一种高速电动机控制用交错并联Buck变换器。包括三个功率开关管(1)、三个续流二极管(2)、一个三路耦合电感(3)、母线电压传感器(4)、母线电流传感器(5)、数字控制器(6)、线反电动势过零点信号检测电路(7)、三相桥式逆变器与高速电动机(8)。直流电经功率开关管(1)和续流二极管(2)斩波后由三路耦合电感(3)滤波，经滤波后的直流电压由母线电压传感器(4)检测，并与母线电流传感器(5)串联后输入到三相桥式逆变器与高速电动机(8)。母线电压传感器(4)输出电压模拟信号和母线电流传感器(5)输出电流模拟信号共两路模拟信号送入数字控制器(6)的AD转换接口进行模数转换。数字控制器(6)采用主DSP和从DSP结构；数字控制器(6)从DSP的CAP接口捕获线反电动势过零点信号检测电路(7)输出的三路过零点信号。数字控制器(6)主DSP的PWM接口向三个功率开关管(1)输出三路相同占空比、相同频率的移相PWM信号，实现三个功率开关管(1)依次分别导通，进而实现三相桥式逆变器与高速电动机(8)直流母线电压和电流调制。

所述的数字控制器(6)依据母线电压传感器(4)、母线电流传感器(5)和线反电动势过零点信号检测电路(7)的反馈信号，采用电压电流闭环控制和速度闭环控制进行交错并联Buck变换器输出电流和电压跟踪控制。