本发明专利技术转子磁分路混合励磁同步电机驱动系统及其电流控制方法，所述驱动系统包括转子磁分路混合励磁同步电机、位置传感器、三个电流传感器、母线电容、主功率变换电路、励磁功率变换电路、励磁电流检测调理电路、相电流检测调理电路、位置转速检测调理电路、DC/DC变换电路、主功率控制信号驱动放大隔离电路、励磁功率控制信号驱动放大隔离电路和数字信号处理器。所述方法基速以下励磁电流为恒定最大值，同时电枢电流为最大转矩电流控制，基速以上励磁电流随转速上升而减小，同时电枢电流为最大转矩电流控制。本发明专利技术驱动系统能够实现低速大转矩输出和高速宽范围恒功率运行，在电动汽车电驱动系统和飞机起动发电系统中有重要应用价值。
【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及一种转子磁分路混合励磁同步电机驱动系统及其电流协调控制方法，属 于同步电机驱动系统的
技术介绍
目前已经得到广泛应用的电驱动系统依据驱动电机的类型不同主要分为直流电 机驱动系统、异步电机驱动系统、磁阻电机驱动系统和永磁电机驱动系统四大类。直流电机 驱动系统的优势在于直流电机的成熟性和其控制的简单，其电刷、换向器和滑环易磨损，可 靠性低，转子电枢的结构限制了电机的转速。异步电机中笼型异步电机转子坚固，结构简 单，成本低廉，调速范围宽，高速运行时效率较高；异步电机驱动系统的最大缺点是控制复 杂，整个系统成本高。磁阻电机的定转子均为凸极结构，结构简单，成本低，运行可靠，维护 容易，但其效率不甚理想并且转矩脉动较大。永磁电机驱动系统的效率和功率密度较高， 结构简单，运行可靠，相比永磁无刷直流电机驱动系统，永磁同步电机驱动系统转矩脉动更 小。无论是永磁无刷直流电机还是永磁同步电机驱动系统，由于电机内部为永磁励磁，气隙 磁场调节困难，特别是高速运行时，电机内弱磁控制复杂，恒功率区范围小。混合励磁电机内部存在两个磁势源，电机气隙磁场由永磁体和通电的电励磁绕组 共同建立。在继承永磁电机高功率密度和高效率的优点的同时，又具备了电励磁电机的气 隙磁通易于控制的特点。目前国内外针对混合励磁同步电机的驱动控制方法主要有两种第一种方案是采 用类似永磁无刷直流电机的控制方法，主要是针对混合励磁爪极电机提出的，该方案要求 电机的反电势波形为方波，转矩脉动较大，而且混合励磁爪极电机的漏磁通较大、功率密度 偏低；第二种方案主要针对转子磁极分割型混合励磁同步电机提出，采用永磁同步电机的 矢量控制方法和分区控制策略，低速时系统处于增磁运行状态，高速时系统弱磁运行，气隙 磁场双向调节控制，另外，该类电机和现有的混合励磁同步电机一样，定子存在轴向磁路， 机壳必须导磁。混合励磁同步电机结构上的特殊性，特别是电磁场分布的典型三维特性，使 其工作运行原理与传统电机有很大区别，必须寻求适合于混合励磁同步电机的高效驱动控 制系统及其控制方法，最终与混合励磁电机一道构成高性能的电驱动系统。转子磁分路混合励磁同步电机(授权专利技术专利号ZL. 200510095465. 0)是直接利 用转子导磁体实现轴向磁分路，与现有混合励磁同步电机普遍采用定子导磁机壳实现轴向 磁路完全不同，结构简单可靠，气隙磁通调节方便，调节范围宽。转子磁分路混合励磁同步 电机中不仅存在电枢绕组，也存在电励磁绕组，驱动系统需要对电枢绕组的电枢电流和电 励磁绕组的励磁电流进行协调控制，才能实现驱动系统高效运行，因此，提出转子磁分路混 合励磁同步电机驱动系统结构及其电流协调控制方法具有重要的实用价值。
技术实现思路
本专利技术目的是针对电动汽车、飞机等高性能驱动系统提供一种低速大转矩输出、4高速恒功率范围宽的。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术转子磁分路混合励磁同步电机驱动系统，包括转子磁分路混合励磁同步电 机、位置传感器、三个电流传感器、母线电容、主功率变换电路、励磁功率变换电路、相电流 检测调理电路、励磁电流检测调理电路、位置转速检测调理电路、主功率控制信号驱动放大 隔离电路、励磁功率控制信号驱动放大隔离电路、DC/DC变换电路和数字信号处理器，其中 外部低压直流电源作为辅助电源并与励磁功率变换电路和DC/DC变换电路的电源输入端 相连，DC/DC变换电路的输出端分别接相电流检测调理电路、励磁电流检测调理电路、位置 转速检测调理电路、主功率控制信号驱动放大隔离电路、励磁功率控制信号驱动放大隔离 电路和数字信号处理器的电源输入端，励磁功率变换电路的输出端分别接转子磁分路混合 励磁同步电机电励磁绕组的两端，转子磁分路混合励磁同步电机电励磁绕组的一端设置第 一电流传感器，第一电流传感器的输出端经过励磁电流检测调理电路后接数字信号处理器 的励磁电流信号输入端，外部大功率高压直流电源作为主电源，主电源的输出端经母线电 容滤波后接主功率变换电路的电源输入端，主功率变换电路的三相输出端接转子磁分路混 合励磁同步电机的三相电枢绕组输入端，在主功率变换电路的三相输出端的任意两端设置 第二电流传感器和第三电流传感器，第二电流传感器和第三电流传感器的输出端分别经过 相电流检测电流调理电路后接数字信号处理器的相电流信号输入端，在转子磁分路混合励 磁同步电机转轴的一端设置位置传感器，位置传感器输出端经位置转速检测调理电路接数 字信号处理器位置转速信号输入端，数字信号处理器输出主功率控制信号和励磁功率控制 信号两类控制信号，其中主功率控制信号输出端经主功率控制信号驱动放大隔离电路接主 功率变换电路的控制信号输入端，另外励磁功率控制信号输出端经励磁功率控制信号驱动 放大隔离电路接励磁功率变换电路的控制信号输入端。励磁功率变换电路为单向励磁控制电路，包括二极管、稳压二极管和两个功率开 关管，以辅助电源作为励磁电源，电励磁绕组输入端的正端接稳压二极管的阳极和第一功 率开关管的漏极，二极管的阴极与第一功率开关管的源极、稳压二极管的阴极相连后接励 磁电源的正端，电励磁绕组输入端的负端接二极管的阳极和第二功率开关管的源极，第二 功率开关管的漏极接励磁电源的负端；正常工作时，第一功率开关管一直处于开通状态，第 二功率开关管斩波控制，发生故障时，第一功率开关管和第二功率开关管均关断，由电励磁 绕组、二极管和稳压二极管构成的回路实现快速灭磁。转子磁分路混合励磁同步电机驱动系统的电流协调控制方法当位置传感器检测 到电机转速低于基速时，施加最大恒定励磁电流，使得电机气隙磁场最强，通过励磁电流单 闭环控制方法实现，具体方法是根据给定的基准转速计算出该最大恒定励磁电流值；将反 馈励磁电流和励磁电流给定值比较后经第一调节器进行计算后输出占空比的值，数字信号 处理器根据占空比大小输出PWM波控制励磁功率变换电路中的功率开关管；在当前转子磁 分路混合励磁同步电机处于增磁运行的状态下采用最大转矩电流控制方法对电枢电流进 行控制，具体方法是将给定基准转速与反馈转速比较后经过第二调节器进行计算后输出转 矩调节量，根据该转矩调节量，并考虑当前励磁状态，计算得到能使电机获得最大转矩输出 的交轴电流给定值和直轴电流给定值，根据检测到的两相电枢电流计算出三相电枢电流大 小并经坐标变换得到交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值，将交轴电流给定值和直轴电流给定值分别与其反馈值进行比较后分别经第三、四调节器进行计算后输出交轴电流调节 量和直轴电流调节量，将交轴电流调节量和直轴电流调节量进行反坐标变换得到三相电流 调节量，PWM生成模块根据三相电流调节量生成PWM波控制主功率变换电路中的功率开关 管，最终实现恒转矩运行；当位置传感器检测到电机转速高于基速，转子磁分路混合励磁同 步电机弱磁控制通过调节励磁电流来实现，励磁电流值不再是恒定值，而是随着电机转速 增加而减小，在电机弱磁运行的状态下对电枢电流采用最大转矩电流控制，电枢电流中不 再需要去磁的直轴电流分量，电枢电流中的交轴电流分量和直轴电流分量的大小仅需满足 系统在当前弱磁状态下提供最大功率输出。本专利技术转子磁分路混合励磁同步电机驱动系统采用电枢电流和励磁电流协调控 制的方法能够在低速时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种转子磁分路混合励磁同步电机驱动系统，其特征在于包括转子磁分路混合励磁同步电机、位置传感器、三个电流传感器、母线电容、主功率变换电路、励磁功率变换电路、相电流检测调理电路、励磁电流检测调理电路、位置转速检测调理电路、主功率控制信号驱动放大隔离电路、励磁功率控制信号驱动放大隔离电路、ＤＣ／ＤＣ变换电路和数字信号处理器，其中外部低压直流电源作为辅助电源并与励磁功率变换电路和ＤＣ／ＤＣ变换电路的电源输入端相连，ＤＣ／ＤＣ变换电路的输出端分别接相电流检测调理电路、励磁电流检测调理电路、位置转速检测调理电路、主功率控制信号驱动放大隔离电路、励磁功率控制信号驱动放大隔离电路和数字信号处理器的电源输入端，励磁功率变换电路的输出端分别接转子磁分路混合励磁同步电机电励磁绕组的两端，转子磁分路混合励磁同步电机电励磁绕组的一端设置第一电流传感器，第一电流传感器的输出端经过励磁电流检测调理电路后接数字信号处理器的励磁电流信号输入端，外部大功率高压直流电源作为主电源，主电源的输出端经母线电容滤波后接主功率变换电路的电源输入端，主功率变换电路的三相输出端接转子磁分路混合励磁同步电机的三相电枢绕组输入端，在主功率变换电路的三相输出端的任意两端设置第二电流传感器和第三电流传感器，第二电流传感器和第三电流传感器的输出端分别经过相电流检测电流调理电路后接数字信号处理器的相电流信号输入端，在转子磁分路混合励磁同步电机转轴的一端设置位置传感器，位置传感器输出端经位置转速检测调理电路接数字信号处理器位置转速信号输入端，数字信号处理器输出主功率控制信号和励磁功率控制信号两类控制信号，其中主功率控制信号输出端经主功率控制信号驱动放大隔离电路接主功率变换电路的控制信号输入端，另外励磁功率控制信号输出端经励磁功率控制信号驱动放大隔离电路接励磁功率变换电路的控制信号输入端。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张卓然，韩建斌，严仰光，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84
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