CN103501139A

CN103501139A - 带相移的永磁同步电机同轴驱动系统

Info

Publication number: CN103501139A
Application number: CN201310321430.9A
Authority: CN
Inventors: 陈阳生; 陈双建
Original assignee: ZHEJIANG SYNMOT ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG SYNMOT ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-01-08

Abstract

本发明公开了一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，提出了一种新的控制模式，驱动器分别控制两台永磁同步电机，同时，两台电机在安装以后，第一电机的定子绕组和转子的相对角度，和第二电机的定子绕组和转子的相对角度成一个固定的30度电角度的位置差，就是如果两台电机的转子角度完全对称的话，两台电机的定子绕组相差30度电角度。在控制时，采用dq轴矢量控制的模式，对两台电机的电流分别进行解耦控制，在解耦的时候，第二电机的解耦角度需要加30度电角度；以及两台电机通过驱动器内部独立的门极控制信号控制，避免了两台电机的不均匀出力，同时，则可以大大减小力矩波动，或者使得力矩波动相互抵消，只余下更高次谐波的波动。

Description

带相移的永磁同步电机同轴驱动系统

技术领域

本发明涉及永磁同步电机驱动技术领域，特别涉及一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统。

背景技术

永磁同步电机，又称交流伺服电机，不能直接连接在电网上运行，一般需要由专用的驱动器来驱动和控制。同时，在电机轴上必须安装转子位置反馈装置，如光学编码器和旋转变压器等。驱动器根据检测到的电机转子实时位置，控制电机的电流和转子位置同步，从而实现永磁同步电机的旋转。如图1所示为一套典型的永磁同步电机驱动系统。但是在一些工业应用领域，经常需要由多台电机协同出力，或者是为了加大出力，或者是为了安装的原因，一起作为运动控制的一个环节。这些电机的轴会被联接在一起，电机同轴运行，以下为现有驱动同轴电机的技术情况。

以两台电机同轴运行为例，图2是两台电机同向安装的形式。当然，也可以是没有联接器，而采用整体一根轴的形式。如果两台电机反向安装的话，为了保证出力的方向一致，可以改变一台电机的相序来实现。常用的永磁同步电机驱动系统要求每台电机都有独立的一台驱动器和独立的位置传感器，那么对于图2所示的驱动系统，就需要两台驱动器和二套位置反馈装置，分别控制两台电机的运行，如图3所示。图4是系统内部的功率电路原理框图。这样的系统配置，由于采用二套独立的系统，成本高，同时由于独立控制，容易发生两台电机出力不均匀的现象，也很难实现二套系统的同步。基于图3与图4所描述的技术方案所存在的缺点，有一种改进的解决方案是采用一台驱动器控制两台电机，如图5、6所示,当然驱动器内部的模块电流需要加大。由于考虑到电机同轴，还可以省去一个位置反馈装置，系统成本有所下降。但是这时电机无法独立控制出力，如果两台电机的参数一致性不够好，更容易发生两台电机出力不均匀的现象，同时驱动器内部的功率模块耗能较大，且产生的热量较多从而降低了驱动器的使用寿命。

发明内容

针对以上现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统决。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，包括的驱动器连接第一电机与第二电机，第一电机与第二电机同轴连接，所述的驱动器包括控制单元、第一电流环控制单元、第二电流环控制单元、功率放大器以及dq坐标变换单元，所述驱动器内部的控制单元输出六路驱动信号分别送至第一电流环控制单元与第二电流环控制单元，驱动信号经过该些电流环控制单元进入相应的功率放大器放大后驱动第一电机和第二电机工作，所述第一电机或是第二电机上设置有位置反馈单元，所述位置反馈单元分别与两个电机对应的dq坐标变换单元连接，其中，dq坐标变换单元输入端还连接相应的功率放大器输出端、输出端连接相应的电流环控制单元，位置反馈单元将电机的工作的实时状态反馈至控制单元，反馈时，dq坐标变换单元分别将对应的电机电流进行解耦控制，第一电机或是第二电机的解耦角度加入了一个固定的电角度。

作为一种优选，所述位置反馈单元为光学编码器或旋转变压器，相应光学编码器或旋转变压器将检测到的电机转子实时位置反馈至控制单元，从而控制相应电机的电流和转子位置同步。

作为一种优选，所述第一电机与第二电机采用槽配合，所述的槽配合为每极1.5槽和每极3槽，每极1.5槽的电机有2极3槽、4极6槽、6极9槽、8极12槽等；每极3槽的电机有2极6槽、4极12槽、6极18槽、8极24槽等。

作为一种优选，所述控制单元为DSP处理控制单元，所述DSP处理控制单元还可外加FPGA模块。

作为一种优选，所述第一电机或是第二电机的解耦角度加入的一个固定电角度为30度的电角度。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明的一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，在通过一套电机驱动器驱动两台永磁同步电机同轴工作的同时，两台电机通过驱动器内部独立的门极控制信号控制，且两台电机的定子绕组相差30度电角度或者根据情况而设定，避免了两台电机的不均匀出力，同时，则可以大大减小力矩波动，或者使得力矩波动相互抵消，只余下更高次谐波的波动；

2、本发明虽然模块的数量相对图5技术多了一倍，但是由于可以采用电流小一倍的模块，系统成本没有增加，但是由于电流分布均匀、性能散热情况更好。

附图说明

图1是现有的单台永磁同步电机驱动系统的示意图；

图2是现有的两台永磁同步电机同向联接安装的示意图；

图3是现有的两台永磁同步电机驱动系统示意图；

图4是现有的两台永磁同步电机驱动系统电路结构图；

图5是现有的一套驱动控制两台永磁同步电机的驱动系统示意图；

图6是现有的一套驱动控制两台永磁同步电机的驱动系统电路结构图；

图7是本发明的带相移的永磁同步电机同轴驱动系统的电路结构图；

图8是本发明的带相移的永磁同步电机同轴驱动系统的电路原理图；

图9是本发明两台电机的定子绕组相差30度电角度的示意图；

图10是本发明是两台永磁同步电机相移30度和没有相移情况小的力矩波动的对比波形图；

图11是本发明采用优化的齿槽力矩波形图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步介绍本发明。

请参照附图7-11，一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，包括的驱动器连接第一电机1与第二电机2，第一电机1与第二电机2同轴连接，所述的驱动器包括控制单元3、第一电流环控制单元4、第二电流环控制单元5、功率放大器以及dq坐标变换单元，本实施例的控制单元1为DSP处理控制单元，所述DSP处理控制单元还可外加FPGA模块，功率放大器包括第一功率放大器6与第二功率放大器7，dq坐标变换单元包括第一dq坐标变换单元8与第二dq坐标变换单元9，所述驱动器内部的控制单元3输出六路驱动信号分别送至第一电流环控制单元4与第二电流环控制单元5，驱动信号经过该些电流环控制单元进入相应的功率放大器放大后驱动第一电机1和第二电机2工作，即经过第一电流环控制单元4的三路信号送至第一功率放大器6；经过第二电流环控制单元5的三路信号送至第二功率放大器7，进而驱动第一电机1和第二电机2工作，所述第一电机1或是第二电机2上设置有位置反馈单元10，本实例中，位置反馈单元10设置在第一电机1上，所述位置反馈单元10分别与两个电机对应的第一dq坐标变换单元8、第二dq坐标变换单元9连接，其中，两个dq坐标变换单元输入端还连接相应的功率放大器输出端、输出端连接相应的电流环控制单元，位置反馈单元10将电机的工作的实时状态反馈至控制单元3，反馈时，dq坐标变换单元分别将对应的电机电流进行解耦控制，第一电机1或是第二电机2的解耦角度加入了一个固定的电角度，所述第一电机1或是第二电机2的解耦角度加入的一个固定电角度为30度的电角度，本实例中，在第二电机2的解耦角度加入了一个固定的电角度且该角度为30度，如图9所示。

设置在第一电机1的位置反馈单元10为光学编码器或旋转变压器，相应光学编码器或旋转变压器将检测到的电机转子实时位置反馈至控制单元3，从而控制相应电机的电流和转子位置同步。

请参照图11，对于三相永磁同步电机，所述第一电机1与第二电机2采用优化的槽配合，所述的槽配合为每极1.5槽和每极3槽，每极1.5槽的电机有2极3槽、4极6槽、6极9槽、8极12槽等；每极3槽的电机有2极6槽、4极12槽、6极18槽、8极24槽等，该改进可以大幅度的抑制齿槽力矩，提供电机低速运行的平稳性。

综合以上本发明电路结构与原理可知，本发明的一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，在通过一套电机驱动器驱动两台永磁同步电机同轴工作的同时，两台电机通过驱动器内部独立的门极控制信号控制，且两台电机的定子绕组相差30度电角度或者根据情况而设定，避免了两台电机的不均匀出力，同时，则可以大大减小力矩波动，或者使得力矩波动相互抵消，只余下更高次谐波的波动。

本发明还具有以下优点：

1）由于两台电机采用了独立的门极控制信号，两台电机可以独立控制，避免了两台电机的不均匀出力；

2）虽然模块的数量相对图6多了一倍，但是由于可以采用电流小一倍的模块，系统成本没有增加，但是由于电流分布均匀，性能散热情况更好；

3）由于采用同一控制器发出门极控制信号，可以保证电机的实时同步出力，这是在双驱动控制（图3）不可能实现的；

4）由于两台电机的相移了30度，则可以大大减小力矩波动。因为三相电机的主要的负载力矩波动的周期是60度电角度，相移30度电角度，可以使得力矩波动相互抵消，只余下更高次谐波的波动。图10是两台典型的永磁同步电机相移30度和没有相移情况小的力矩波动。

5）对于三相永磁同步电机，如果采用优化的槽配合，还可以大幅度的抑制齿槽力矩，提供电机低速运行的平稳性。推荐的优化槽配合为每极1.5槽和每极3槽。每极1.5槽的电机有2极3槽、4极6槽、6极9槽、8极12槽等。每极3槽的电机有2极6槽，、4极12槽、6极18槽、8极24槽等。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，包括的驱动器连接第一电机与第二电机，第一电机与第二电机同轴连接，其特征在于，所述的驱动器包括控制单元、第一电流环控制单元、第二电流环控制单元、功率放大器以及dq坐标变换单元，所述驱动器内部的控制单元输出六路驱动信号分别送至第一电流环控制单元与第二电流环控制单元，驱动信号经过该些电流环控制单元进入相应的功率放大器放大后驱动第一电机和第二电机工作，所述第一电机或是第二电机上设置有位置反馈单元，所述位置反馈单元分别与两个电机对应的dq坐标变换单元连接，其中，dq坐标变换单元输入端还连接相应的功率放大器输出端、输出端连接相应的电流环控制单元，位置反馈单元将电机的工作的实时状态反馈至控制单元，反馈时，dq坐标变换单元分别将对应的电机电流进行解耦控制，第一电机或是第二电机的解耦角度加入了一个固定的电角度。

2.如权利要求1所述的带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，其特征在于，所述位置反馈单元为光学编码器或旋转变压器，或者类似位置反馈装置，相应光学编码器或旋转变压器将检测到的电机转子实时位置反馈至控制单元，从而控制相应电机的电流和转子位置同步。

3.如权利要求1所述的带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，其特征在于，所述第一电机与第二电机采用槽配合，所述的槽配合为每极1.5槽和每极3槽，每极1.5槽的电机有2极3槽、4极6槽、6极9槽、8极12槽；每极3槽的电机有2极6槽、4极12槽、6极18槽、8极24槽。

4.如权利要求1所述的带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，其特征在于，所述控制单元为DSP处理控制单元。

5.如权利要求1所述的带相移的永磁同步电机同轴驱动系统，其特征在于，所述第一电机或是第二电机的解耦角度加入的一个固定电角度为30度的电角度。