[发明专利]一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置及控制方法，采集电机驱动器的三相输出端口线电压和三相电流，在三相坐标系下，比较模拟目标电机电压方程和电机模拟器主电路电压方程，根据电机模拟器与实际电机电流变化率相等，得到电机模拟器的三相端口相电压，根据实际电流与参考电流的差值，对上述电压进行补偿，得到的参考电压。参考电压经过控制单元调制后生成的开关信号输入至功率模块，使电机模拟器的端口电压电流特性与模拟目标电机的端口电压电流特性一致。建立模拟目标电机的转矩方程和运动方程，将模拟目标电机的电角度信息输入到位置传感器模拟模块转换为位置传感器模拟信号并输出至电机驱动器，从而实现对位置传感器的模拟，复现模拟目标电机的运行特性。

技术领域

本发明公开了一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置，属于电力电子机电技术领域。

背景技术

电力电子变换器及其控制器组成的电机驱动器决定了调速系统的性能，是调速系统的核心部分。电机驱动器的研制过程中，需要通过实验测试其性能，实验中需要在不同的工况下进行电机拖动实验，然而实际电机一旦出厂，其本体参数就基本固定不易调节，而电机负载的产生过程为通过复杂的机电系统来产生各种机械负载并作用于电机的机械轴，从而产生电机负载。这样的测试方案不仅限制了测试系统的动态特性，而且造成了测试平台成本高、可靠性差和电能利用效率低的缺点，整个测试实验也因此不够灵活。对于电机驱动器而言，电机及其机械负载可以看作一个整体从而作为它的功率负载。因此，可以考虑将电机及其机械负载通过电气模拟来实现，这种用逆变器实现对实际电机的端口电压电流特性的功率级模拟的装置称为电机模拟器。相较于实际的电机及机械负载，电机模拟器的各种电机本体参数和机械负载转矩均为纯数字量，可以人为设定与修改，从而可以用于电机驱动器的适应性实验，便于测试电机驱动器驱动的各种不同参数的电机的电气端口特性。因此运用电机模拟器代替实际电机进行各种实验，不仅可以灵活改变电机的各项本体参数和机械负载转矩，还能有效地加快研发周期，既节省时间又节约成本。

现有的永磁三相交流电机模拟器模拟实际电机端口电压电流特性的方法大多是对电机驱动器的端口电压和电机模拟器电路中的电流进行采样，通过电流的闭环控制使得电机模拟器的端口电压电流特性与模拟目标电机的端口电压电流特性一致。这种方法物理意义简单，但是实现起来较为复杂，并且这种方法中电机模拟器需要对电流进行闭环控制，由于滤波电感的存在，电流环的带宽受到限制，影响了模拟器的整体精度。

同时，经申请人检索得到，一种永磁三相交流电机及其负载的模拟方法及装置(专利号：202111048321.5)这一发明中，使用了基于电流变化率相等这一策略来进行对三相交流电机的模拟，但是该发明并未考虑控制误差，且仅在ABC 坐标系下进行计算，因此，本发明针对这些问题进行改进，考虑控制误差进行补偿，且对在dq坐标系下进行计算的情况也进行了推导，完善了整个技术方案。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置及其控制方法，建立目标电机数学模型、电机模拟器数学模型，对这两数学模型进行比较，基于电流变化率相等，并考虑控制误差，计算得到电机模拟器的三相电压，以此为参考电压，控制三相逆变器，即可复现模拟目标电机的端口特性。

为了达到以上目的，本发明提供了一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置，包括电机驱动器、电机侧控制器、三相电感滤波器、采样单元、模拟侧控制器及功率模块；所述模拟侧控制器由三个处理器组成，分别为处理器负责模拟目标电机模型解算的第一处理器，负责计算参考电压的第二处理器及作为控制单元生成开关信号的第三处理器；

所述模拟目标电机模型解算单元包括角度信息计算模块和电流实时解算模块；

所述电机驱动器的直流端口与直流电源相连接，其三相输出端口与三相电感滤波器的一端相连接；

所述功率模块的直流端口与双向直流电源相连接，其三相输入端口与三相电感滤波器的另一端相连接；