[发明专利]一种模块化电机系统及其驱动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种模块化电机系统及其驱动控制方法。

背景技术

随着现代电机与电力电子控制技术的发展，基于电力电子逆变器驱动的交流电机变频调速系统，已广泛应用于伺服和交通牵引领域。由于该系统的调速变频功能由脉宽调制技术结合逆变器的高速开关特性实现，电机的绕组端存在以高频脉冲序列为特征的共模电压。共模电压产生的共模电流沿电机绕组传导，通过电机绕组与机壳或者轴承之间的杂散电容传导到接地端，不但增加了系统的电磁干扰噪声，而且会对电机绝缘和轴承等部件形成持续的损害，是电机驱动中的主要问题之一。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种模块化电机系统及其驱动控制方法，旨在解决现有技术通过电机绕组与机壳或者轴承之间的杂散电容传导到接地端，导致增加了系统的电磁干扰噪声且会对电机绝缘和轴承等部件形成持续的损害的问题。

本发明提供了一种模块化电机系统，包括：电机本体和用于驱动电机的脉宽调制电路；所述电机本体包括：电机定子和转子，所述转子嵌套于所述定子内且与其同轴放置，所述定子中的绕组用于接入外部交流电源使其在电机内部产生合成的旋转磁场，转子表贴的磁钢用于与定子产生的旋转磁场作用形成转矩从而驱动转子旋转；所述脉宽调制电路包括：连接于同一个直流母线电源的两套三相逆变器，用于控制两套三相逆变器的控制电路和采样反馈电路；两套三相逆变器用于产生交流电压输入至电机定子绕组中；所述控制电路用于产生逆变器的脉宽调制驱动信号和反馈信号；所述采样反馈电路用于采集电机定子绕组电流和转子位置信息并送入至所述控制电路中。

更进一步地，电机中两套三相绕组的对应相之间具有相同的反电动势，且两套绕组对应相之间无耦合，两套绕组产生的转矩叠加在转子上。

更进一步地，在电机的绕组中，一台电机所包含的单元电机的个数为定子槽数和极数的最大公约数。

更进一步地，所有单元电机数为偶数的槽极配合。

更进一步地，所述电机本体为三相同步电机或三相异步电机。

更进一步地，所述电机转子为绕线式或永磁式；所述定子绕组为分数槽集中绕组或整数槽分布绕组。

本发明还提供了一种基于上述的模块化电机系统的驱动控制方法，包括下述步骤：

通过参考电压指令V_d，V_q计算参考合成电压矢量V*的幅值和相角；

通过参考合成电压相角θ确定所述参考合成电压矢量V*所在的扇区；并根据V*的幅值和矢量分解原理计算出两个并联电压矢量所需作用的时间t₁、t₂；

根据两个并联电压矢量所需作用的时间获得一个周期内的并联电压零矢量作用时间t₀＝T_s-t₁-t₂；

根据所述作用时间将对应的并联电压矢量的作用均匀分配给两个并联的逆变器以保证对应相在一个开关周期输出的占空比相同；并将一个开关周期分为7段，其时间排序为(t₀/4，t₁/2，t₂/2，t₀/2，t₁/2，t₂/2，t₀/4)，将后半周期的t₁/2和t₂/2两个时间分段的顺序互换，保证一个开关周期内每相开关状态只变换两次，减小开关次数；

根据每相的开关状态和时间生成并联逆变器所需的驱动信号进而实现所需的参考电压输出。

更进一步地，确定V*所在的扇区具体为：当空间向量图中合成向量角度-30°≤θ≤30°时，参考合成电压矢量V*落在扇区1的区间内，选择扇区1对应的相邻的两个并联电压矢量(210)和(201)作为合成V*的基本矢量。

更进一步地，所述参考合成电压矢量V*的幅值所述相角

更进一步地，两个并联电压矢量所需作用的时间t₁、t₂通过如下公式计算；其中θ为参考电压矢量与扇区开始的并联电压矢量的夹角，V_c为并联电压矢量的幅值，t₁、t₂为扇区的两个并联电压矢量的作用时间，T_s为开关周期。