專利名稱：一種無刷雙饋電機控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電機控制技術領域，特別涉及一種無刷雙饋電機控制裝置。
背景技術：
無刷雙饋電機是近些年來發展起來的一種新型電機，是由Hunt發明的級聯式電機發展而來，其結構上具有一定的特殊性，在定子側具有兩套繞組，并且取消了電刷和滑環，增加了電機運行的可靠性，并且降低了電機的維護成本。同時變頻電源只需為控制繞組供電，降低了控制器的成本，由于其結構特點，其在風力發電和風力發電、變落差水力發電、潮汐發電等可再生能源具有廣泛的應用。 無刷雙饋電機有兩套定子繞組和一套轉子構成，兩套定子繞組分別為功率繞組和控制繞組，其中用來承擔主要功率傳輸的具有2Pp極的定子繞組稱為主繞組或者功率繞組，而用來控制電機運行方式的具有2Pq極的定子繞組稱為副繞組或控制繞組，功率繞組由電網供電，控制繞組由變頻電源供電，與一般的交流感應電機相比無刷雙饋電機具有調速性能優越，尤其是當其處于變速恒頻發電時，其優越性更是能體現出來。由于無刷雙饋電機是由兩臺不同極數感應電機串級聯接轉化而來的，其功率流動關系可以參考感應電機進行分析，但是由于無刷雙饋電機有兩套定子繞組，因此當其處于穩定運行狀態時，在轉子中由兩套定子繞組所建立的磁場會產生耦合作用，因此相比于普通的交流感應電機又具有其本身的復雜性。因此對于無刷雙饋電機的功率控制有一定的困難性。
發明內容針對現有裝置存在的不足，本實用新型提出一種無刷雙饋電機控制裝置，包括主電路、驅動電路、控制電路和檢測電路，其中，控制電路包括DSP控制器和可編程邏輯控制器件CPLD，檢測電路包括整流端電壓和電流檢測電路、交流端電壓和電流檢測電路，所述的主電路包括整流電路和逆變電路，所述的整流電路和逆變電路都采用二極管鉗位式三電平結構，包括三個橋臂，每個橋臂由4個IGBT串聯組成，第一 IGBT的發射極連接第二 IGBT的集電極，第二 IGBT的發射極連接第三IGBT的集電極，第三IGBT的發射極連接第四IGBT的集電極，第二 IGBT上并聯第一二極管，第三IGBT上并聯第二二極管，第一二極管的負極連接第二 IGBT的發射極，第一二極管的正極連接第二二極管的負極，第二二極管的正極連接第三IGBT的發射極，三個橋臂的結構相同且彼此并聯；每個橋臂包括三種開關狀態同時導通第一 IGBT和第二 IGBT，關斷第三IGBT和第四IGBT，逆變電路輸出端獲得正電平；同時導通第二 IGBT和第三IGBT，關斷第一 IGBT和第四IGBT時，逆變電路輸出端獲得電壓為零；同時導通第三IGBT和第四IGBT，關斷第一 IGBT和第二 IGBT時，逆變電路輸出端獲得負電平；通過對四個開關器件的控制，令三個橋臂分別取上述三種開關狀態中的一種，三個橋臂所取開關狀態互不重復，在逆變電路輸出端合成三電平波形；本實用新型優點本實用新型的主電路與二極管鉗位的三電平逆變器相比傳統兩電平逆變電路點顯著，其相電壓輸出由兩電平變為三電平，線電壓由三電平增加為五電平，每個電平的幅度則由原來的整個直流母線電壓降低為一半直流母線電壓，因輸出電平的du / dt也下降為原來的一半。如果增加每個單元中串聯的開關器數，還可以在輸出電壓波形中產生更多的電平數，從而使輸出波形更好地逼標準正弦波形。
圖I為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置結構框圖；圖2為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置主電路結構圖；圖3為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置與無刷雙饋電機的連接原理圖；圖4為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置交流電壓檢測電路原理圖；圖5為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置交流電流檢測電路原理圖；圖6為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置DSP控制器電路原理圖；圖7為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置直流電容的電壓檢測原理圖；圖8為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置可編程邏輯器件CPLD的電路原理圖；圖9為本實用新型無刷雙饋電機控制裝置驅動電路的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。本實施例采用的無刷雙饋電機控制裝置，如圖I所示，包括主電路、驅動電路、控制電路和檢測電路，主電路包括整流電路和逆變電路，電網產生的交流電經過整流電路，產生逆變所需要的直流電壓，逆變電路將直流電壓調制產生控制電機所需要的交流電，供給無刷雙饋電機，以驅動無刷雙饋電機工作；檢測電路包括整流端電壓和電流檢測電路、交流端電壓和電流檢測電路,其中，整流端電壓和電路檢測電路用于檢測整流端電網側的電壓和電流，交流端電壓和電流檢測電路用于檢測逆變端電機側的電壓和電流；驅動電路負責驅動二極管鉗位式三電平電路中的功率開關器件IGBT。本實施例采用額定功率為15kw的無刷雙饋電機，功率繞組接380V，50HZ交流電，控制繞組接無刷雙饋電機控制裝置。由于三電平逆變電路和整流電路各需要12路PWM信號，采用DSP控制器雖可以產生12路PWM信號，但DSP控制器既要完成SVPWM算法的扇區判斷、作用時間計算及PWM脈沖的發生，又要完成與液晶的通信，與用戶接口的數字控制，將使程序顯得復雜和混亂，并且DSP控制器中兩個事件管理器不能做到完全同步，從而造成整流電路同相驅動信號的不同步，將對整流電路的性能造成影響，僅有的12路PWM信號同樣不能滿足以后擴展更多電平變換器控制的需要，因此，本實施例采用DSP控制器和復雜可編程邏輯器件CPLD為控制核心搭建實驗平臺，該平臺采用DSP完成算法中的主要數據處理和外部控制功能，利用CPLD實現逆變器PWM波形的發生。[0025]無刷雙饋電機定子繞組由功率繞組和控制繞組組成，無刷雙饋電機類似于兩臺普通感應 電機同軸級聯，共用一套轉子系統，其定子鐵芯中安放了兩套對稱分布的交流繞組，分別為功率繞組和控制繞組，其中功率繞組極對數為PP，頻率為邙，控制繞組極對數為Pc，頻率為fc。其中功率繞組直接連接三相電源，也稱為主繞組。控制繞組連接變頻電源也成為副繞組。本專利中控制繞組連接三電平可逆變頻系統。轉子為鼠籠式結構，轉子導體的環路組數位Pp+Pc，無刷雙饋電機轉子結構經過特殊設計，兩套定子繞組產生的空間磁場能通過轉子進行耦合，進行能量交換和傳遞，如圖2所示。本實施例中，DPS控制器的型號為TMS30F2812，可編程邏輯控制器件CPLD的型號為EMP1270，驅動電路采用驅動功率器件，型號為PC929。王電路的電路圖如圖3所不，王電路包括整流電路和逆變電路,別且整流電路和逆變電路都采用二極管鉗位式三電平結構，包括三個橋臂，每個橋臂由4個IGBT串聯組成，其中，Ql的發射極連接Q2的集電極，Q2的發射極連接Q3的集電極，Q3的發射極連接Q4的集電極，Q2上并聯二極管Dl，Q3上并聯二極管D2，二極管Dl的負極連接Q2的發射極，二極管Dl的正極連接二極管D2的負極，二極管D2的正極連接Q3的發射極，三個橋臂的結構相同且彼此并聯；每個橋臂包括三種開關狀態同時導通Ql和Q2，關斷Q3和Q4，逆變電路輸出端獲得正電平；同時導通Q2和Q3，關斷Ql和Q4時，逆變電路輸出端獲得電壓為零；同時導通Q3和Q4，關斷Ql和Q2時，逆變電路輸出端獲得負電平；通過對Q1-Q4四個開關器件的控制，令三個橋臂分別取上述三種開關狀態中的一種，在逆變電路輸出端合成三電平波形；整流端的電壓電流檢測電路與逆變端的電壓電流檢測電路的電路原理相同，本實施例采集三相電壓中的兩相進行檢測，以三相電壓、三相電流中的A相、以逆變端為例說明數據的檢測過程，如圖4和圖5所示，無刷雙饋電機的電壓或電流，經霍爾傳感器采集后輸入給檢測電路的Ua端或Ia端，經電壓檢測電路或電流檢測電路調理后輸出0 3. 3V的電壓信號，一路輸出信號給DSP控制器的ADINAO端，一路輸出信號給DSP控制器的ADINA2端，DSP控制器的原理如圖6所示，另一相電壓或電流的連接方式與此相同，經過檢測電路后，一路輸出信號連接到DSP控制器的ADINAl端，另一路輸出端連接DSP控制器的ADINA3端，直流側電容Cl和C2的輸出電壓經過直流電壓檢測電路分別輸出給DSP控制器的ADINA4端和ADINA5端，如圖7所示。可編程邏輯器件CPLD的電路原理圖如圖8所示，DSP控制器與可編程邏輯器件CPLD之間通過地址總線和數據總線進行通信，檢測電路檢測到的交流電壓，電流和直流電容電壓經過DSP控制器的AD端口輸送進入DSP處理器，由DSP處理器實現算法的計算。驅動電路的電路原理圖如圖9所示，驅動電路的PWMir端連接可編程邏輯器件CPLD的PWMl端，驅動電路的11腳通過柵極電阻連接IGBT的柵極，Gll和Ell端口分別連接IGBT的集電極和發射極，整流端和逆變端各需要12路驅動電路，電路結構與此相同。
權利要求1.一種無刷雙饋電機控制裝置，包括主電路、驅動電路、控制電路和檢測電路，其中，控制電路包括DSP控制器和可編程邏輯控制器件CPLD，檢測電路包括整流端電壓和電流檢測電路、交流端電壓和電流檢測電路，其特征在于所述的主電路包括整流電路和逆變電路，所述的整流電路和逆變電路都采用二極管鉗位式三電平結構，包括三個橋臂，每個橋臂由4個IGBT串聯組成，第一 IGBT的發射極連接第二 IGBT的集電極，第二 IGBT的發射極連接第三IGBT的集電極，第三IGBT的發射極連接第四IGBT的集電極，第二 IGBT上并聯第一二極管，第三IGBT上并聯第二二極管，第一二極管的負極連接第二 IGBT的發射極，第一二極管的正極連接第二二極管的負極，第二二極管的正極連接第三IGBT的發射極，三個橋臂的結構相同且彼此并聯。
2.根據權利要求I所述的無刷雙饋電機控制裝置，其特征在于所述的三個橋臂，每個橋臂包括三種開關狀態 同時導通第一 IGBT和第二 IGBT，關斷第三IGBT和第四IGBT，逆變電路輸出端獲得正電平； 同時導通第二 IGBT和第三IGBT，關斷第一 IGBT和第四IGBT時，逆變電路輸出端獲得電壓為零； 同時導通第三IGBT和第四IGBT，關斷第一 IGBT和第二 IGBT時，逆變電路輸出端獲得負電平。
專利摘要一種無刷雙饋電機控制裝置，包括主電路、驅動電路、控制電路和檢測電路，其中，控制電路包括DSP控制器和可編程邏輯控制器件CPLD，檢測電路包括整流端電壓和電流檢測電路、交流端電壓和電流檢測電路，所述的主電路包括整流電路和逆變電路，所述的整流電路和逆變電路都采用二極管鉗位式三電平結構，包括三個橋臂，每個橋臂由4個IGBT串聯組成，第一IGBT的發射極連接第二IGBT的集電極，第二IGBT的發射極連接第三IGBT的集電極，第三IGBT的發射極連接第四IGBT的集電極，第二IGBT上并聯第一二極管，第三IGBT上并聯第二二極管，第一二極管的負極連接第二IGBT的發射極，第一二極管的正極連接第二二極管的負極，第二二極管的正極連接第三IGBT的發射極，三個橋臂的結構相同且彼此并聯。本實用新型的相電壓輸出由兩電平變為三電平，線電壓由三電平增加為五電平，從而使輸出波形更好地逼標準正弦波形。
文檔編號H02P27/14GK202586867SQ20112053416
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者王旭, 劉巖, 邢巖, 楊丹, 徐彬 申請人:東北大學