[发明专利]电流响应型永磁同步电机及其驱动系统的三相模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子和电机技术领域，具体地，涉及一种电流响应型永磁同步电机及其驱动系统的三相模拟器。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)及其配套的驱动系统正广泛应用于风力发电、工业控制、电动汽车等重要的电能变换和电力拖动领域。在这些应用中，永磁同步电机的功率等级和功率密度正不断提升，负载特性也变得越来越复杂。在设计研发以及出厂调试时，往往需要对永磁同步电机及其驱动系统进行一系列功能性和可靠性的测试及验证。

传统的永磁同步电机测试方法，除了真实的永磁同步电机和与之配套的电机驱动外，还包括与永磁同步电机机械转轴相连的另一套对拖电机系统，以对被测永磁同步电机施加负载转矩。而当面对越来越复杂的运行工况，以及越来越高的可靠性和功能性要求时，传统的电机测试方法会有一系的列局限性：

1、对拖电机系统很难模拟一些复杂、高动态、长时间的负载转矩特性；

2、测试系统的参数，特别是电机特性难以自由改变；

3、机械环节大大增加了测试系统的损耗，并带来测试安全性和准确性等问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电流响应型永磁同步电机及其驱动系统的三相模拟器。

根据本发明提供的永磁同步电机及其驱动系统的三相模拟器，包括：

三相DC/AC变流器、驱动行为处理器、电机行为处理器、电压控制环节、电流控制环节；其中：

所述三相DC/AC变流器，用于在电路层面上模拟三相永磁同步电机驱动系统加在电机端口的驱动电压，以及模拟所述永磁同步电机对所述驱动电压的电流响应；

所述驱动行为处理器，用于描述所述驱动系统的电气行为特性；根据目标转速控制给定(机械转速ω_mech*)以及所述电机行为处理器所产生的定子电流响应信号(i_s)和转速信号(机械转速ω_mech)，经过控制计算产生所模拟驱动系统的驱动电压信号(u_s)。

所述电机行为处理器，用于描述和模拟所述永磁同步电机的电气和机械行为特性；根据所述驱动行为处理器输出的驱动电压信号(u_s)和外部输入的负载转矩信号(T_load)，产生所模拟永磁同步电机的定子电流响应信号(i_s)、转速信号(机械转速ω_mech)以及电机转子位置信号(机械角度θ_mech和/或电角度θ_e)；

所述电压控制环节，用于将所述驱动行为处理器产生的驱动电压信号(u_s)，转换成所述三相DC/AC变流器电压控制侧变流器的器件开关信号，从而在所述三相DC/AC变流器电路中模拟驱动系统的驱动电压；

所述电压控制环节的输入端与所述驱动行为处理器输出端相连，所述电压控制环节输入的信号经脉宽调制，生成所述电压控制侧桥臂中半导体器件的开关信号。

所述电流控制环节，用于将所述电机行为处理器生成的定子电流响应信号(i_s)，转换成所述三相DC/AC变流器电流控制侧变流器的器件开关信号，从而在所述三相DC/AC变流器电路中模拟所述永磁同步电机定子电流响应；

所述电流控制环节第一输入端与所述电机行为处理器第一输出端相连，所述电流控制环节的第二输入端为所述三相DC/AC变流器中，电压控制侧变流器交流输出端处采样得到的电流信号，所述电流控制环节的第三输入端为所述电机行为处理器计算得到的永磁同步电机磁链位置信号，经由电流控制器、坐标变换和脉宽调制，生成所述电流控制侧变流器半导体器件的开关信号。

特别地，电流控制环节中的各输入端电流信号，先经由坐标变换子模块转换到同一dq同步旋转坐标系，或αβ两相静止坐标系，或abc三相静止坐标系下以后，再进行控制运算。

具体地，所述三相DC/AC变流器，包括：电压控制侧变流器、电流控制侧变流器、电阻抗网络，以及直流供电模块；其中：

所述电压控制侧变流器由全控或半控型功率半导体器件构成，所述电压控制侧变流器的正输入端、负输入端分别与所述直流供电模块的第一组正极、负极相连，所述电压控制侧变流器的交流输出端与所述电阻抗网络的第一端相连；所述电压控制侧变流器，用于模拟所述驱动系统所产生的驱动电压；