基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统技术方案

基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统包括交流电源、软启动模块、Z源矩阵变换器、永磁同步电机、控制模块、信号采集模块和隔离驱动模块，交流电源经过软启动模块后接入Z源矩阵变换器，最后输出至永磁同步电机；信号采集模块从永磁同步电机采集到电压、电流、转速信号反馈到控制模块；控制模块分析采集到的电压、电流、转速信号通过隔离驱动模块控制Z源矩阵变换器，形成一个闭环结构；由于加入了软启动模块，将接通电源时的瞬时电压对系统的损害降到了最低，保障了系统的使用寿命以及安全性；采用了以Z源网络为核心的Z源矩阵变换器作为整个系统的逆变部分，解决了传统的智能功率模块以及普通矩阵变换器的电压传输效率不够的问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电机驱动领域，尤其涉及一种基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统。
技术介绍
随着电机技术的不断进步，由于功率密度和效率上比其它的电机要高，所以永磁同步电机逐渐成为了众多领域的首选，目前，永磁同步电机驱动系统的结构一般采用智能功率模块作为逆变模块，智能功率模块虽然能减小整个系统的体积、稳定性也高，但是电压的传输效率一直上不来；另外由于永磁同步电机启动电压比较高，长期使用容易造成系统损坏。
技术实现思路
本技术旨在解决上述难题，提出电动汽车用基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统。基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，它包括交流电源、软启动模块、Z源矩阵变换器、永磁同步电机、控制模块、信号采集模块和隔离驱动模块；交流电源经过软启动模块后接入Z源矩阵变换器，最后输出至永磁同步电机，信号采集模块从永磁同步电机采集到电压、电流、转速信号反馈到控制模块，控制模块分析采集到的电压、电流、转速信号通过隔离驱动模块控制Z源矩阵变换器，形成一个闭环结构。Z源矩阵变换器由整流级、Z源网络与逆变级依次连接而成，整流级由6个双向开关构成，第一开关Sap与第二开关San并联连接于三相电源的第一相Ua，第三开关Sbp与第四开关Sbn并联连接于三相电源的第二相Ub，第五开关Scp与第六开关Scn并联连接于三相电源的第三相Uc，第一开关Sap、第三开关Sbp和第五开关Scp的输出端并接在一起，第二开关San、第四开关Sbn和第六开关Scn并接在一起；逆变级由6个IGBT晶体管构成，第一晶体管SAP与第二晶体管SAN并联后输出至永磁同步电机，第三晶体管SBP与第四晶体管SBN并联后输出至永磁同步电机，第五晶体管SCP与第六晶体管SCN并联后输出至永磁同步电机，第一晶体管SAP、第三晶体管SBP和第五晶体管SCP的集电极并接在一起，第二晶体管SAN、第四晶体管SBN和第六晶体管SCN的发射极并接在一起，Z源网络包括相同的第一电感L1和第二电感L2，以及相同的第一电容C1和第二电容C2，第一电感L1的前端连接第一开关Sap的输出端，后端与第一晶体管SAP的集电极相连，第二电感L2的前端连接第二开关San的输出端，后端连接第二晶体管SAN的发射极；第一电容C1的两端分别连接第一电感L1的前端和第二电感L2的后端，第二电容C2的两端分别连接第二电感L2的前端和第一电感L1的后端。软启动模块包括三个相同的限流模块，三个限流模块分别安装在三相交流电的三个相线上，限流模块包括滤波电容C4、滤波电容C5、储能电容C6，限流电阻R4、耗能电阻R5、可调电阻R6、开关电路S；储能电容C6、滤波电容C5、可调电阻R6并联跨接在相线和中线上，限流电阻R4接在相线上且在储能电容C5之前，滤波电容C4、耗能电阻R5串联后与开关电路S并联接在限流电阻R4的两端。有益效果：1、由于在系统中加入了软启动模块，将接通电源时的瞬时电压对系统的损害降到了最低，从而保障了系统的使用寿命以及安全性。2、采用了以Z源网络为核心的Z源矩阵变换器作为整个系统的逆变部分，解决了传统的智能功率模块以及普通矩阵变换器的电压传输效率不够的问题。附图说明图1系统整体结构图。图2 Z源变换器电路原理图。图3限流模块电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本技术进行进一步的说明：如图1所示：本技术包括交流电源1、软启动模块2、Z源矩阵变换器3、永磁同步电机4、控制模块5、信号采集模块6和隔离驱动模块7。交流电源1经过软启动模块2后接入Z源矩阵变换器3，最后输出至永磁同步电机4，信号采集模块6从永磁同步电机4采集到电压、电流、转速信号反馈到控制模块5；控制模块5分析采集到的电压、电流、转速信号后通过隔离驱动模块7控制Z源矩阵变换器3，形成一个闭环结构。如图2所示：Z源矩阵变换器3由整流级301、Z源网络302与逆变级303依次连接而成，整流级301由6个双向开关构成，第一开关Sap与第二开关San并联连接于三相电源的第一相Ua，第三开关Sbp与第四开关Sbn并联连接于三相电源的第二相Ub，第五开关Scp与第六开关Scn并联连接于三相电源的第三相Uc，第一开关Sap、第三开关Sbp和第五开关Scp的输出端并接在一起，第二开关San、第四开关Sbn和第六开关Scn并接在一起；逆变级303由6个IGBT晶体管构成，第一晶体管SAP与第二晶体管SAN并联后输出至永磁同步电机，第三晶体管SBP与第四晶体管SBN并联后输出至永磁同步电机，第五晶体管SCP与第六晶体管SCN并联后输出至永磁同步电机，第一晶体管SAP、第三晶体管SBP和第五晶体管SCP的集电极并接在一起，第二晶体管SAN、第四晶体管SBN和第六晶体管SCN的发射极并接在一起，Z源网络302包括相同的第一电感L1和第二电感L2，以及相同的第一电容C1和第二电容C2，第一电感L1的前端连接第一开关Sap的输出端，后端与第一晶体管SAP的集电极相连，第二电感L2的前端连接第二开关San的输出端，后端连接第二晶体管SAN的发射极；第一电容C1的两端分别连接第一电感L1的前端和第二电感L2的后端，第二电容C2的两端分别连接第二电感L2的前端和第一电感L1的后端。其整流级调制策略与传统双级矩阵变换器类似，主要区别在于在Z源直通时要控制整流级开关中此时处于恒导通状态的双向开关关断，以使Z源电感充电。逆变级调制策略采用的是带直通零矢量分段SPVWM调制算法，Z源网络提高了矩阵变换器的电压传输比；当逆变级桥臂直通时，Z源网络电感对电流起到限流作用，Z源电容向电感充电。当桥臂断路时，电感电流通过Z源电容回路流通。三相Z源逆变器的Z源网络允许逆变级电路瞬时短路，提高了逆变器的输出电压，同时也避免了由死区时间所产生的输出电压波形畸变，克服了传统电压型逆变器输出电压低于直流输入电压等缺陷，在增加较少元件的同时，利用Z-源网络直通环节的升压特性以提高矩阵变换器的电压传输比。三相Z源逆变器由于引入了Z源网络，将主变换电路和电源或者负载耦合在一起，这使得逆变桥臂能够允许瞬时短路即直通状态，三相Z源逆变器正是利用这种直通状态来升高逆变级电路的直流母线电压。如图3所示：软启动模块包括三个相同的限流模块，三个限流模块分别安装在三相交流电的三个相线上，限流模块包括滤波电容C4、滤波电容C5、储能电容C6，限流电阻R4、耗能电阻R5、可调电阻R6、开关电路S；储能电容C6、滤波电容C5、可调电阻R6并联跨接在相线和中线上，限流电阻R4接在相线上且在储能电容C5之前，滤波电容C4、耗能电阻R5串联后与开关电路S并联接在限流电阻R4的两端。当系统直接接通交流380V电压时,会对储能电容C6产生很大的电流冲击,从而对系统造成损害,因此必须为主回路设置充电延时电路,即在储能电容前加一个限流电阻在系统启动时使电压逐步增加,待电容C6电压达到稳态值的80％时,开关电路S闭合,限流电阻R4被短路,从而完成主回路软启动的功能。另外,C4为滤波电容,R5为耗能电阻,此支路的作用是滤去电源中可能存在的交流电流分量；C5也为滤波电容,其作用是滤去母线上的电压分量；R6为可调电阻,其大小可调,作用是调节输入矩阵变换器中的电流,因为输入矩阵变换器内的电压恒为母线电压调节R6便可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，它包括交流电源、软启动模块、Z源矩阵变换器、永磁同步电机、控制模块、信号采集模块和隔离驱动模块；所述交流电源经过所述软启动模块后接入所述Z源矩阵变换器，最后输出至所述永磁同步电机，所述信号采集模块从所述永磁同步电机采集到电压、电流、转速信号反馈到所述控制模块，所述控制模块分析采集到的电压、电流、转速信号通过所述隔离驱动模块控制所述Z源矩阵变换器，形成一个闭环结构。

【技术特征摘要】
1.基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，它包括交流电源、软启动模块、Z源矩阵变换器、永磁同步电机、控制模块、信号采集模块和隔离驱动模块；所述交流电源经过所述软启动模块后接入所述Z源矩阵变换器，最后输出至所述永磁同步电机，所述信号采集模块从所述永磁同步电机采集到电压、电流、转速信号反馈到所述控制模块，所述控制模块分析采集到的电压、电流、转速信号通过所述隔离驱动模块控制所述Z源矩阵变换器，形成一个闭环结构。2.根据权利要求1所述的基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，其特征在于：所述Z源矩阵变换器由整流级、Z源网络与逆变级依次连接而成，所述整流级由6个双向开关构成，第一开关Sap与第二开关San并联连接于三相电源的第一相Ua，第三开关Sbp与第四开关Sbn并联连接于三相电源的第二相Ub，第五开关Scp与第六开关Scn并联连接于三相电源的第三相Uc，所述第一开关Sap、所述第三开关Sbp和所述第五开关Scp的输出端并接在一起，所述第二开关San、所述第四开关Sbn和所述第六开关Scn的输出端并接在一起；所述逆变级由6个IGBT晶体管构成，第一晶体管SAP与第二晶体管SAN并联后输出至永磁同步电机，第三晶体管SBP与第四晶体管SBN并联后输出至永磁同步电机，第五晶体管SCP与第六晶体管SCN并联后...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金荣，夏长权，陈卫峰，陆文峰，
申请(专利权)人：扬州汉龙电气有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32