CN103997261B - 双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统 - Google Patents
双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统，其包括三相电源等，永磁同步电机、第二3/2变换器、第二开关状态控制器均与双级矩阵变换器相连，第二开关状态控制器分别与转矩环、磁链环相连，第二3/2变换器与电流电压信号发生器相连，电流电压信号通过扇形判断区与第二开关状态控制器相连，电流电压信号与两个指示灯相连，其中第二指示灯与磁链环连接，第一指示灯与转矩环以及PI调节器连接，永磁同步电机先后经过光电转码器和速度计算器与第三指示灯连接，第三指示灯与PI调节器连接。本发明将双级矩阵变换器与永磁同步电机控制技术相结合，通过仿真分析，系统的动静态性能良好，电机运行稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，特别是涉及一种双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统。
背景技术
双级矩阵变换器（简称TSMC）一种新型的直接功率变换器可以实现输入输出波形良好，功率因数可调，换流简单可靠，在交流调速系统中具有良好的应用前景。
随着电力电子技术和现代控制理论的发展，交流调速技术日益成熟。交流调速控制的核心装置是变频器，它们虽具有结构简单、易于控制、技术成熟、可靠等优点，其中存在的最大缺陷是对电网造成的谐波污染。矩阵变换器属于交-交变换装置，由于它们具有的优越电气性能，正逐步替代一些变频器。特别是它们能够实现减少谐波危害、抑制电网污染、提高电源质量并实现能量双向流动，达到科学合理用电的效果，和电机控制系统相结合，因此它拥有更广阔的发展前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统，其将双级矩阵变换器与永磁同步电机控制技术相结合，通过仿真分析，系统的动静态性能良好，电机运行稳定。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统，其特征在于，其包括三相电源、双级矩阵变换器、3/2变换器、开关状态控制器、永磁同步电机、光电转码器、速度计算器、第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯，第一3/2变换器、双级矩阵变换器与三相电源相连，第一开关状态控制器分别与第一3/2变换器、双级矩阵变换器连接，永磁同步电机、第二3/2变换器、第二开关状态控制器均与双级矩阵变换器相连，第二开关状态控制器分别与转矩环、磁链环相连，第二3/2变换器与电流电压信号发生器相连，电流电压信号通过扇形判断区与第二开关状态控制器相连，电流电压信号与两个指示灯相连，其中第二指示灯与磁链环连接，第一指示灯与转矩环以及PI调节器连接，永磁同步电机先后经过光电转码器和速度计算器与第三指示灯连接，第三指示灯与PI调节器连接。
优选地，所述双级矩阵变换器分为整流级和逆变级，整流级与三相电源、第一3/2变换器、第一开关状态控制器相连，逆变级与第二开关状态控制器、永磁同步电机、第二3/2变换器连接，整流级和逆变级相连。
优选地，所述扇形判断区，为台阶状波形图，台阶呈上升状态，各个台阶表示双级矩阵变换器不同情况下运行状态，从而使得后序得到对应不同情况下电机各个数据性能。
优选地，所述整流级输出电流为直流电，逆变级输出电流为交流电。
本发明的积极进步效果在于：本发明将双级矩阵变换器与永磁同步电机控制技术相结合，通过仿真分析，系统的动静态性能良好，电机运行稳定。
附图说明
图1为本发明双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统其包括三相电源、双级矩阵变换器（TSMS）、3/2变换器、开关状态控制器、永磁同步电机（PMSM）、光电转码器、速度计算器、第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯，第一3/2变换器、双级矩阵变换器与三相电源相连，第一开关状态控制器分别与第一3/2变换器、双级矩阵变换器连接，永磁同步电机、第二3/2变换器、第二开关状态控制器均与双级矩阵变换器相连，第二开关状态控制器分别与转矩环、磁链环相连，第二3/2变换器与电流电压信号发生器（φ、T）相连，电流电压信号通过扇形判断区与第二开关状态控制器相连，电流电压信号与两个指示灯相连，其中第二指示灯2与磁链环连接，第一指示灯1与转矩环以及PI调节器连接，永磁同步电机先后经过光电转码器和速度计算器与第三指示灯3连接，第三指示灯3与PI调节器连接。
双级矩阵变换器分为整流级和逆变级，整流级与三相电源、第一3/2变换器、第一开关状态控制器相连，逆变级与第二开关状态控制器、永磁同步电机、第二3/2变换器连接，整流级和逆变级相连。扇形判断区，为台阶状波形图，台阶呈上升状态，各个台阶表示双级矩阵变换器不同情况下运行状态，从而使得后序得到对应不同情况下电机各个数据性能。整流级输出电流为直流电，逆变级输出电流为交流电。
下面通过仿真案例对该系统做进一步说明：
双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统的仿真参数设置如下：输入电压为170V，50Hz的三相交流电，永磁同步电机定子电阻Rs为4.765Ω，Ld为0.014H， Lq为0.014mH，极对数p为2，转动惯量J为0.0001051㎏.㎡，额定转矩1.7Nm，额定转速2000r/min。在系统仿真时，设定永磁同步电机的初始给定转速为2000r/min，在0.5s后给定转速升至3000r/min，PI调节器的参数设定Kp为0.05，Ki为0.5，下面为系统的仿真结果。
得到数据结果：
1、系统三相输入电压——170V，50Hz，经过系统变换之后，得到的系统整流级直流母线电压，峰值为418V。
2、其中得到的扇形判断区，为一个周期T=0.02s的台阶状波形图，6个台阶呈上升状态，每个台阶时间区为1/6T，各个台阶表示双级矩阵变换器不同情况下运行状态，从而使得后序得到对应不同情况下电机各个数据性能，如永磁同步电机磁链、转矩、转速，其中根据理论分析得到一个磁链环。
3、系统中逆变级输出电流对永磁同步电机进行供电，该电机的定子三相输入电流峰值为3A，波形为正玄波。
4、根据已知条件给定速度，经过系统变换之后，得到一个类似于线性控系统在阶跃信号输入下的响应曲线，初始2000rpm，经过0.2s之后升至2008rpm，随后进入2000rpm稳定转速状态（波形稳定），此时电机的稳定转矩平均为1.5NM；在电机处于升速阶段时，由于仿真系统采用直接转矩控制控制技术，可以使电机最大转矩输出（峰值为3NM），电机升速快。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统，其特征在于，其包括三相电源、双级矩阵变换器、3/2变换器、开关状态控制器、永磁同步电机、光电转码器、速度计算器、第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯，第一3/2变换器、双级矩阵变换器与三相电源相连，所述双级矩阵变换器包括整流级与逆变级，整流级与三相电源、第一3/2变换器、第一开关状态控制器相连，逆变级与第二开关状态控制器、永磁同步电机、第二3/2变换器连接，整流级和逆变级相连，第二开关状态控制器分别与转矩环、磁链环相连，第二3/2变换器与电流电压信号发生器相连，电流电压信号通过扇形判断区与第二开关状态控制器相连，电流电压信号与两个指示灯的输入端相连，其中第二指示灯的另一输入端接参考输入信号，输出与磁链环连接，第一指示灯的另一输入端接PI调节器之输出端，第一指示灯的输出与转矩环连接，永磁同步电机先后经过光电转码器和速度计算器与第三指示灯的一输入端连接，第三指示灯的另一输入端接参考输入信号，输出与PI调节器连接，所述扇形判断区为台阶状波形图，台阶呈上升状态，各个台阶表示双级矩阵变换器不同情况下运行状态，从而使得后序得到对应不同情况下电机各个数据性能。
2.如权利要求1所述的双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述整流级输出电流为直流电，逆变级输出电流为交流电。
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