一种准单级式变母线电压电机驱动装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种准单级式变母线电压电机驱动装置及控制方法，包括副端口直流升压变换器、主端口直流母线输出稳压电容、直流母线输出电压检测器、多端口电流逆变器、三相电流检测器和电机驱动控制器；具体来讲，本发明专利技术提供了从电池到逆变器的直接能量流路径，减少了能级转换，提高了系统的能量传输效率；另外，本发明专利技术针对不同工作状况下的需要，提出了基于空间矢量脉宽调制的两级调制策略，可实现变直流母线电压的操作，提升了系统的整体传动效率和复杂工况下的稳定性。复杂工况下的稳定性。复杂工况下的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种准单级式变母线电压电机驱动装置及控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，更为具体地讲，涉及一种准单级式变母线电压电机驱动装置及控制方法。

技术介绍

[0002]随着人们对化石能源短缺和温室气体排放的日益关注，用电动汽车取代石油动力汽车的方案吸引了越来越多人的注意力。近年来，由于电池技术、电力电子接口技术和控制策略的进步，由新能源驱动的电动汽车已成为内燃机汽车的替代品。事实上，电池驱动的电动汽车为环保问题提供了一个理想的解决方案，它不仅能减少汽车对环境的影响，还能减少汽车对于化石能源依赖，并且实现局部零排放。然而，到目前为止电动汽车仍然面临着许多挑战，例如驾驶时间有限，充电时间长，动力系统性能差，初始成本高等。在这些挑战中，选择合适的电机驱动拓扑和调制方法能够减少电能在传输过程中的损耗，减少能量传递能级实现更高效率的能量传递。
[0003]目前的电机驱动拓扑多为两级式，即电源系统经过DC
‑
DC变换器，DC
‑
AC逆变器后，实现电机的驱动。这样的结构存在一些弊端：一是DC
‑
DC变换器中笨重的电力滤波器增加了系统重量和体积，降低了系统的功率密度；二是电源系统和电动机之间能量流动需要经过两次能量变换，降低了能量传输效率，亟需一种新的高效率电机驱动拓扑。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种准单级式变母线电压电机驱动装置及控制方法，提供了从电池到逆变器的直接能量流路径，减少了能级转换，提高了系统的能量传输效率。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提出了一种准单级式变母线电压电机驱动装置，其特征在于，包括：副端口直流升压变换器、主端口直流母线输出稳压电容、直流母线输出电压检测器、多端口电流逆变器、三相电流检测器和电机驱动控制器；
[0006]所述副端口直流升压变换器包括升压电感L、升压桥臂A、稳压电容C0；其中，升压桥臂包括第一开关管S
o1
、第二开关管S
o2
；稳压电感与直流电源的正极连接，第一开关管S
o1
的发射极、第二开关管S
o2
的集电极与升压电感连接；第一开关管S
o1
的集电极与稳压电容的正极连接，第二开关管S
o2
的发射极与稳压电容的负极连接；
[0007]所述主端口的直流母线输出稳压电容并联在主端口直流电源的两端；
[0008]所述直流母线输出电压检测器分别与副端口升压变换器的稳压电容C0、主端口直流母线输出稳压电容并联，用于采样副端口的母线电压u
c1
；
[0009]所述多端口电流逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；其中，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联在副端口直流升压变换器的两端，主端口直流母线输出稳压电容并联在第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中线的两端；且第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂分别与三相电流检测器相连；
[0010]所述第一桥臂又包括第一开关管S
a1
、第二开关管S
a2
、第三开关管S
a3
、第四开关管S
a4
、第一二极管D1与第二二极管D2；所述第二桥臂又包括第五开关管S
b1
、第六开关管S
b2
、第七开关管S
b3
、第八开关管S
b4
、第三二极管D3与第四二极管D4，所述第三桥臂又包括第九开关管S
c1
、第十开关管S
c2
、第十一开关管S
c3
、第十二开关管S
c4
、第五二极管D5与第六二极管D6；
[0011]其中，S
a1
、S
b1
、S
c1
的集电极均与副端口直流升压变换器的稳压电容正极端连接；S
a4
、S
b4
、S
c4
的发射极均与主端口直流母线输出稳压电容的负极端连接；D1、D3、D5的负极分别与S
a1
、S
b1
、S
c1
的发射极连接；D2、D4、D6的正极分别与S
a4
、S
b4
、S
c4
的集电极连接；D1、D3、D5的正极分别与D2、D4、D6的负极连接，且均与主端口直流母线输出稳压电容的正极端连接；S
a4
、S
b4
、S
c4
的发射极与主端口直流母线输出稳压电容的负极端连接；
[0012]所述三相电流检测器的输入端分别与S
a2
、S
b2
、S
c2
的发射极连接，其输出端与三相交流电机连接，用于采样多端口电流逆变器产生的三相电流i
a
、i
b
、i
c
；
[0013]所述电机驱动控制器包括位置编码模块、速度计算模块、模式选择模块、母线电压PI调制模块、多端口逆变器调制模块、T1坐标变换单元、转速PI控制模块、d轴PI控制模块、q轴PI控制模块、T2坐标变换单元、第一差运算单元、第二差运算单元、第三差运算单元和第四差运算单元；
[0014]其中，位置编码模块的输入端与永磁同步电机连接，其输出端与速度计算模块、T1坐标变换单元、T2坐标变换单元的输入端均连接，用于将位置角度θ通过速度计算模块计算出永磁同步电机的实际转速w
e
；
[0015]速度计算模块的输出端通过第一差运算单元与转速PI控制模块的输入端连接，用于将给定转速与实际转速w
e
通过第一差运算单元计算出差值，再通过转速控制器进行PI控制，得到q轴的第一给定电流
[0016]转速PI控制模块的输出端通过第二差运算单元与q轴PI控制模块的输入端连接，用于将三相电流检测器采样的三相电流i
a
、i
b
、i
c
经过T1坐标变换单元得到q轴的第一实际电流i
q
，再将与i
q
通过第二差运算单元计算出差值，并通过q轴的电流控制器进行PI控制，产生旋转坐标系下平面的q轴第一给定电压v
q
；
[0017]d轴PI控制模块的输入端连接第三差运算单元，用于将三相电流检测器采集的三相电流i
a
、i
b
、i
c
经T1坐标变换得到d轴的第二实际电流i
d
，d轴的第二给定电流与第二实际电流i
d
通过第二差运算单元计算出差值，再通过d轴的PI控制器进行PI控制，产生旋转坐标系下平面的d轴第二给定电压v
d
；
[0018]d轴PI控制模块和q轴PI控制模块的输出端与T2坐标变换单元的输入端连接，T2坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准单级式变母线电压电机驱动装置，其特征在于，包括：副端口直流升压变换器、主端口直流母线输出稳压电容、直流母线输出电压检测器、多端口电流逆变器、三相电流检测器和电机驱动控制器；所述副端口直流升压变换器包括升压电感L、升压桥臂A、稳压电容C0；其中，升压桥臂包括第一开关管S
o1
、第二开关管S
o2
；稳压电感与直流电源的正极连接，第一开关管S
o1
的发射极、第二开关管S
o2
的集电极与升压电感连接；第一开关管S
o1
的集电极与稳压电容的正极连接，第二开关管S
o2
的发射极与稳压电容的负极连接；所述主端口的直流母线输出稳压电容并联在主端口直流电源的两端；所述直流母线输出电压检测器分别与副端口升压变换器的稳压电容C0、主端口直流母线输出稳压电容并联，用于采样副端口的母线电压u
c1
；所述多端口电流逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；其中，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联在副端口直流升压变换器的两端，主端口直流母线输出稳压电容并联在第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中线的两端；且第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂分别与三相电流检测器相连；所述第一桥臂又包括第一开关管S
a1
、第二开关管S
a2
、第三开关管S
a3
、第四开关管S
a4
、第一二极管D1与第二二极管D2；所述第二桥臂又包括第五开关管S
b1
、第六开关管S
b2
、第七开关管S
b3
、第八开关管S
b4
、第三二极管D3与第四二极管D4，所述第三桥臂又包括第九开关管S
c1
、第十开关管S
c2
、第十一开关管S
c3
、第十二开关管S
c4
、第五二极管D5与第六二极管D6；其中，S
a1
、S
b1
、S
c1
的集电极均与副端口直流升压变换器的稳压电容正极端连接；S
a4
、S
b4
、S
c4
的发射极均与主端口直流母线输出稳压电容的负极端连接；D1、D3、D5的负极分别与S
a1
、S
b1
、S
c1
的发射极连接；D2、D4、D6的正极分别与S
a4
、S
b4
、S
c4
的集电极连接；D1、D3、D5的正极分别与D2、D4、D6的负极连接，且均与主端口直流母线输出稳压电容的正极端连接；S
a4
、S
b4
、S
c4
的发射极与主端口直流母线输出稳压电容的负极端连接；所述三相电流检测器的输入端分别与S
a2
、S
b2
、S
c2
的发射极连接，其输出端与三相交流电机连接，用于采样多端口电流逆变器产生的三相电流i
a
、i
b
、i
c
；所述电机驱动控制器包括位置编码模块、速度计算模块、模式选择模块、母线电压PI调制模块、多端口逆变器调制模块、T1坐标变换单元、转速PI控制模块、d轴PI控制模块、q轴PI控制模块、T2坐标变换单元、第一差运算单元、第二差运算单元、第三差运算单元和第四差运算单元；其中，位置编码模块的输入端与永磁同步电机连接，其输出端与速度计算模块、T1坐标变换单元、T2坐标变换单元的输入端均连接，用于将位置角度θ通过速度计算模块计算出永磁同步电机的实际转速w
e
；速度计算模块的输出端通过第一差运算单元与转速PI控制模块的输入端连接，用于将给定转速w
e*
与实际转速w
e
通过第一差运算单元计算出差值，再通过转速控制器进行PI控制，得到q轴的第一给定电流转速PI控制模块的输出端通过第二差运算单元与q轴PI控制模块的输入端连接，用于将三相电流检测器采样的三相电流i
a
、i
b
、i
c
经过T1坐标变换单元得到q轴的第一实际电流i
q
，再将与i
q
通过第二差运算单元计算出差值，并通过q轴的电流控制器进行PI控制，产生
旋转坐标系下平面的q轴第一给定电压v
q
；d轴PI控制模块的输入端连接第三差运算单元，用于将三相电流检测器采集的三相电流i
a
、i
b
、i
c
经T1坐标变换得到d轴的第二实际电流i
d
，d轴的第二给定电流与第二实际电流i
d
通过第二差运算单元计算出差值，再通过d轴的PI控制器进行PI控制，产生旋转坐标系下平面的d轴第二给定电压v
d
；d轴PI控制模块和q轴PI控制模块的输出端与T2坐标变换单元的输入端连接，T2坐标变换单元的输出端与多端口逆变器调制模块连接，用于将第一给定电压v
q
、第二给定电压v
d
通过T2坐标变换单元得到静止坐标系下平面的参考电压v
α
、v
β
；多端口逆变器调制模块的输入端和T2坐标变换单元的输出端连接，用于将参考电压v
α
、v
β
通过多端口逆变器调制模块基于空间矢量脉宽调制生成所对应的驱动信号，并输出至多端口电流逆变器；模式选择模块的输出端与第四差运算单元连接，用于将给定转速经过模式选择模块计算输出多端口电流逆变器最佳工作电压v
dc
，再与主端口电压v
L
比较来选择低或高速模式，然后通过模式选择模块输出参考电压v
H*
；母线电压PI调制模块的输入端通过第四差运算单元与模式选择模块输出端连接，用于将参考电压v
H*
与实际端口电压v
H
通过第四差运算单元计算出差值，再通过母线电压调制模块进行PI调节并产生PWM调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：周德洪，张钊，沈泽微，邹见效，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：