[发明专利]基于开绕组的低成本永磁同步控制器

说明书

本发明涉及电力电子和电机领域，特别涉及基于开绕组的低成本永磁同步控制器，包括与电网连接的电抗器、浪涌防护电路、三相不控整流器、限流电路、滤波电容、母线电压检测电路、三相四开关主逆变电路、电机三相电流检测电路、开绕组永磁同步电机、三相四开关补偿逆变电路、电容电压检测电路、控制电路和驱动电路；本发明提出的低成本永磁同步控制器，用电容代替IGBT，能够在满足传统三相六开关逆变器全部性能的前提下，节约成本；同时，本发明提出的新型拓扑结构，提出七段式四开关SVPWM算法，降低开关器件的损耗，抑制并网电流谐波，提高了母线电压利用率，且易于数字化。

技术领域

本发明涉及电力电子和电机领域，特别涉及基于开绕组的低成本永磁同步控制器。

背景技术

在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路被认为主电路。而电力电子器件作为直接用于主电路的关键器件，相比处理信息的电子器件，它具有的特征很明显，电力电子器件处理能力与其参数密切相关，且需要信息电子电路控制。

当前电力电子器件根据控制信号主要分为不可控、半控、全控型器件。不可控和半控型器件随着时代发展越来越趋于成熟，全控型器件起步晚，但由于其应用的广泛性和必要性成为国内外研究的主要方向。目前，发展方向已进入应用全控型器件的PIC、HVIC等功率集成电路为代表的发展阶段。

当前，大工厂企业所使用的最广泛全控器件主要为GTO、GTR、MOSFET、IGBT。四种经典产品各有优劣，门极可关断晶闸管（GTO）在高压大功率(0.5-20MVA)牵引、工业和电力逆变器中，是应用的最为普遍的功率半导体器件，目前国内已在有ABB元件的轨道电车上广泛使用。电力晶体管（GTR）同GTO类似，可承受大电压大电流，但是由于其驱动电流大，频率低存在二次击穿的问题正在被MOSFET和IGBT所代替。电力场效应晶体管（MOSFET）工作频率可以达到兆赫级，但是该器件电流容量小，耐压低，不能应用于10kW以上的大功率场合。绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了电力晶体管（GTR）和电力场效应晶体管（MOSFET）的优点，具有良好的特性，驱动电路简单，导通压降低，应用领域很广泛，是现代电力电子技术的主导器件。故综合考虑，将IGBT作为最适合作为电机运行驱动的电力电子器件。

作为一种新型的电机系统，开绕组控制系统与一般的单变换器电机控制系统最大的差别在于开绕组仅将定子绕组中性点打开并串接一个变换器从而实现了两端变换器控制。开绕组系统先进之处在于：不破环电机本体电磁设计和结构前提下，能够显著提高电机的运行性能，实现主逆变器的单位功率因数运行。

使用永磁同步电机作为开绕组系统的受控装置，因其相比异步电机，具有明显的优势，它效率高，功率因素高，能力指标好，体积小，重量轻，温升低，较好地提高了电网的品质因素，充分发挥了现有电网的容量，节省了电网的投资。

随着开绕组概念的提出，其广泛的适用性引起了科研人员的重视，各类新型拓扑结构应用而生。如五桥臂逆变器的开绕组永磁同步电机驱动系统，共直流母线开绕组永磁同步电机的弱磁控制策略，混合逆变器开绕组永磁同步电机驱动系统。

开绕组控制不可避免的需要两套逆变装置，相比传统但逆变器驱动系统在硬件上增加了一套三相六开关逆变器和大电容，虽然电力电子技术不断发展，大容量电力电子元件价格不断下降，但是开绕组控制的复杂性注定其成本高昂。与此同时，在控制过程中，逆变器的开关损耗和导通损耗也相应增加。因此，目前急需一种低成本的永磁同步开绕组电动机控制器，在能够满足三相六开关逆变器的全部性能的前提下，节约成本。

发明内容

发明目的：

本发明旨在提出基于开绕组可实现单位功率因数及弱磁运行的低成本永磁同步控制器，用于开绕组恒转矩调速和弱磁调速，目的在于实现电机控制系统单位功率因数运行，大幅减少控制器成本。

技术方案：