本發(fā)明屬于逆交流電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置以及定子直流勵(lì)磁電機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

應(yīng)用電力電子變換器作為控制器是現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的主要方法。永磁電機(jī)具有高功率密度、高效率、高功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，但永磁電機(jī)存在永磁成本較高，以及勵(lì)磁不可逆退磁等問(wèn)題。而傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但由于其特有的供電方式，在開關(guān)關(guān)斷瞬間，存在較大的電流尖峰，因此電機(jī)的振動(dòng)和噪聲很大，此外，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也較大。這些缺點(diǎn)影響了開關(guān)磁阻電機(jī)在某些對(duì)振動(dòng)和噪聲要求較高的場(chǎng)合的使用。因此為了減少或不使用永磁電機(jī)中的稀土磁鐵，同時(shí)保證電機(jī)的優(yōu)良特性，近年來(lái)，有些學(xué)者提出了直流偏置正弦電流的游標(biāo)電機(jī)。要控制這一類電機(jī)的正常工作，定子線圈電流中除了有交流分量外，還必須含有直流分量。針對(duì)這一類每相電流都包含交流和直流兩種分量的新型的定子直流勵(lì)磁電機(jī)，傳統(tǒng)的控制器采用完全對(duì)稱的單相全橋逆變器控制每相電流。若為三相電機(jī)則需要6個(gè)橋臂，且每個(gè)橋臂的電力電子器件都需要按最大電流應(yīng)力來(lái)進(jìn)行選取容量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及定子直流勵(lì)磁電機(jī)系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置所用開關(guān)管數(shù)量多、功率密度低的技術(shù)的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，包括：

多個(gè)相橋臂和1個(gè)中性點(diǎn)橋臂，每個(gè)相橋臂正極與中性點(diǎn)橋臂正極連接，每個(gè)相橋臂負(fù)極與中性點(diǎn)橋臂負(fù)極連接；

每個(gè)相橋臂包括第一開關(guān)組件和第二開關(guān)組件，第一開關(guān)組件的負(fù)極與第二開關(guān)組件的正極連接，第一開關(guān)組件的正極作為相橋臂的正極，第二開關(guān)組件的負(fù)極作為相橋臂的負(fù)極；第一開關(guān)組件和第二開關(guān)組件均為在正極到負(fù)極為可控導(dǎo)通在負(fù)極到正極為不可控導(dǎo)通的開關(guān)組件；

中性點(diǎn)橋臂包括第三開關(guān)組件和第四開關(guān)組件，第三開關(guān)組件的正極與第四開關(guān)組件的正極連接，第三開關(guān)組件的負(fù)極作為中性點(diǎn)橋臂的正極，第四開關(guān)組件的負(fù)極作為中性點(diǎn)橋臂的負(fù)極；第三開關(guān)組件為由正極向負(fù)極不可控導(dǎo)通的組件，第四開關(guān)組件為由正極向負(fù)極可控導(dǎo)通組件；

一個(gè)相橋臂中第一開關(guān)組件的負(fù)極用于與一相繞組一端連接，中性點(diǎn)橋臂中第三開關(guān)組件的正極用于與該相繞組另一端連接；

通過(guò)控制第一開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)通方向、第二開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)通方向、以及第四開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)通方向控制被驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組的電流方向和電流大小使其為包含直流分量和交流分量的電流。優(yōu)選地，每個(gè)相橋臂中第一開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)通方向以及第二開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)通方向根據(jù)該相繞組中電流的交流分量確定，中性點(diǎn)橋臂中第四開關(guān)組件的導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)通方向根據(jù)繞組中電流的直流分量確定。

優(yōu)選地，第一開關(guān)組件正極到負(fù)極導(dǎo)通方向的允許流過(guò)最大電流大于第一開關(guān)組件負(fù)極到正極導(dǎo)通方向的允許流過(guò)最大電流。

優(yōu)選地，第二開關(guān)組件負(fù)極到正極導(dǎo)通方向的允許流過(guò)最大電流大于第二開關(guān)組件正極到負(fù)極導(dǎo)通方向的允許流過(guò)最大電流。

優(yōu)選地，第一開關(guān)組件包括并聯(lián)的開關(guān)管和二極管，且開關(guān)管導(dǎo)通方向與二極管導(dǎo)通方向不同，二極管的負(fù)極作為第一開關(guān)組件的正極，二極管的正極作為第一開關(guān)組件的負(fù)極，開關(guān)管的控制端用于接收控制信號(hào)。

優(yōu)選地，第二開關(guān)組件包括并聯(lián)的開關(guān)管和二極管，且開關(guān)管導(dǎo)通方向與二極管導(dǎo)通方向不同，二極管的負(fù)極作為第二開關(guān)組件的正極，二極管的正極作為第二開關(guān)組件的負(fù)極，開關(guān)管的控制端用于接收控制信號(hào)。

優(yōu)選地，第三開關(guān)組件為二極管，二極管的正極為第三開關(guān)組件的正極，二極管的負(fù)極為第三開關(guān)組件的負(fù)極。

優(yōu)選地，第四開關(guān)組件為開關(guān)管，開關(guān)管正極為第四開關(guān)組件的正極，開關(guān)管負(fù)極為第四開關(guān)組件的負(fù)極，開關(guān)管控制極用于接收控制信號(hào)。

優(yōu)選地，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組為三相繞組時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置還包括：

三相電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)并輸出電機(jī)的實(shí)測(cè)電流信號(hào)；

位置檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)并輸出電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)位置和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速；

速度環(huán)，其輸入端與位置檢測(cè)模塊的第一輸出端連接，用于根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行pi控制輸出電流指令的q軸分量；

矢量轉(zhuǎn)化模塊，其第一輸入端與電流檢測(cè)模塊的輸出端連接，其第二輸入端與位置檢測(cè)模塊的第二輸出端連接，用于根據(jù)電機(jī)的實(shí)測(cè)電流信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)位置進(jìn)行矢量轉(zhuǎn)化輸出轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流q軸分量和轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流d軸分量；

電流環(huán)，其第一輸入端與速度環(huán)的輸出端連接，其第二輸入端與矢量轉(zhuǎn)化模塊的輸出端連接，用于對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流q軸分量、轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流d軸分量、電流指令的q軸分量以及電流指令的d軸分量進(jìn)行pi控制，輸出電壓指令；

脈寬調(diào)制模塊，其輸入端與電流環(huán)的輸出端連接，用于將電壓指令轉(zhuǎn)為7路pwm信號(hào)輸出；每一路pwm信號(hào)用于控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止。

作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種定子直流勵(lì)磁電機(jī)系統(tǒng)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組，且該電機(jī)定子繞組中所注入電流為帶直流偏置的交流電。

通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得如下有益效果。

1、本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，由多個(gè)相橋臂和1個(gè)中性點(diǎn)橋臂構(gòu)成被驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組驅(qū)動(dòng)回路，由于多個(gè)相繞組電流中的交流分量相互抵消，多相繞組電流之和為多相繞組電流直流分量之和，因此，電流始終是經(jīng)過(guò)第三開關(guān)組件正極流向第四開關(guān)組件負(fù)極，或始終是經(jīng)過(guò)第四開關(guān)組件正極流向第四開關(guān)組件負(fù)極，因此，本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流偏置正弦電流電機(jī)定子繞組的驅(qū)動(dòng)。

2、根據(jù)相繞組中電流的交流分量確定控制第一開關(guān)組件導(dǎo)通方向和導(dǎo)通時(shí)間以及第二開關(guān)組件導(dǎo)通方向和導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制第一開關(guān)組件負(fù)極電壓大小和該電壓持續(xù)時(shí)間，根據(jù)相繞組中電流的直流分量確定第四開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制第四開關(guān)正極電壓大小和該電壓持續(xù)時(shí)間，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)控制繞組兩端電壓大小和持續(xù)時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制繞組兩端電流大小和繞組電流的方向。使被驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組中通入由直流分量和交流分量疊加的電流。

3、本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，一個(gè)中性點(diǎn)橋臂同n相橋臂構(gòu)成n相繞組驅(qū)動(dòng)主電路，減少n-1個(gè)橋臂，減少了4n-4個(gè)電力電子器件，大大縮減了驅(qū)動(dòng)器的成本，提高了功率密度。

4、通過(guò)讓第一開關(guān)組件正極到負(fù)極導(dǎo)通方向的允許流過(guò)最大電流大于第一開關(guān)組件負(fù)極到正極導(dǎo)通方向的允許流過(guò)最大電流，提高第一開關(guān)組件功率利用率，系統(tǒng)功率密度高，經(jīng)濟(jì)性好。

5、本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)這直流勵(lì)磁電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，沒有單向電流的限制，保證了電機(jī)的最優(yōu)控制特性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例所驅(qū)動(dòng)的直流偏置正弦電流電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所驅(qū)動(dòng)定子直流勵(lì)磁電機(jī)的單相定子線圈的典型驅(qū)動(dòng)電流波形；

圖3為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例的主電路部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖4為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例的控制部分結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明提供實(shí)施例中當(dāng)交流分量大于直流分量時(shí)開關(guān)管控制信號(hào)產(chǎn)生原理圖，圖(a)為相橋臂調(diào)制波、中性點(diǎn)橋臂調(diào)制波和載波關(guān)系圖，圖(b)為當(dāng)載波為實(shí)線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓，圖(c)為當(dāng)載波為虛線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓；

圖6為本發(fā)明提供實(shí)施例中當(dāng)交流分量小于直流分量時(shí)開關(guān)管控制信號(hào)產(chǎn)生原理圖，圖(a)為相橋臂調(diào)制波、中性點(diǎn)橋臂調(diào)制波和載波關(guān)系圖，圖(b)為當(dāng)載波為實(shí)線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓，圖(c)為當(dāng)載波為虛線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例所驅(qū)動(dòng)的直流偏置正弦電流電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，直流偏置正弦電流電機(jī)包括定子1、轉(zhuǎn)子2、繞組3以及轉(zhuǎn)軸、機(jī)殼、端蓋、位置編碼器等電機(jī)的其他通用結(jié)構(gòu)件。該電機(jī)的特點(diǎn)為：繞組所通入電流包括正弦交流分量和直流分量，該磁阻電機(jī)采用單層分?jǐn)?shù)槽非重疊集中繞組，正弦交流分量用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，直流分量用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所驅(qū)動(dòng)定子直流勵(lì)磁電機(jī)的單相定子線圈的典型驅(qū)動(dòng)電流波形。如圖2所示，每項(xiàng)繞組中電流為直流勵(lì)磁電流和正弦交流電流疊加而成，直流勵(lì)磁電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式：

其中，p為轉(zhuǎn)子極數(shù)，mδ為直流繞組與交流繞組的互感，if為直流勵(lì)磁電流，iq為交軸電流，id為直軸電流，lδ為交流繞組自感，θe為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度，β為常數(shù)值。忽略第二項(xiàng)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，電機(jī)繞組中的直流電流值應(yīng)等于交流電流值的有效值。

由于正弦交流電流的正負(fù)對(duì)稱性，在此基礎(chǔ)上疊加直流勵(lì)磁電流后，繞組電流中正方向的電流均方根值大于反方向電流均方根值，即正方向電流應(yīng)力大于反方向電流應(yīng)力。由此可以知道，流過(guò)正向電流的功率器件容量應(yīng)大于流過(guò)反向電流的功率器件容量。

本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，包括多個(gè)相橋臂和1個(gè)中性點(diǎn)橋臂，每個(gè)相橋臂包括第一開關(guān)組件和第二開關(guān)組件，第一開關(guān)組件的負(fù)極與第二開關(guān)的正極連接，第一開關(guān)組件和第二開關(guān)組件均在正極到負(fù)極為可控導(dǎo)通在負(fù)極到正極為不可控導(dǎo)通；中性點(diǎn)橋臂包括第三開關(guān)組件和第四開關(guān)組件，第三開關(guān)組件的正極與第四開關(guān)組件的正極連接，第三開關(guān)組件為由正極向負(fù)極不可控導(dǎo)通，第四開關(guān)組件為由正極向負(fù)極可控導(dǎo)通。

第一開關(guān)組件的正極作為相橋臂的正極，第二開關(guān)組件的負(fù)極作為相橋臂的負(fù)極；第三開關(guān)組件的負(fù)極作為中性點(diǎn)橋臂的正極，第四開關(guān)組件的負(fù)極作為中性點(diǎn)橋臂的負(fù)極；每個(gè)相橋臂正極與中性點(diǎn)橋臂正極連接，每個(gè)相橋臂負(fù)極與中性點(diǎn)橋臂負(fù)極連接。一個(gè)相橋臂中第一開關(guān)組件的負(fù)極用于與一相繞組一端連接，中性點(diǎn)橋臂中第三開關(guān)組件的負(fù)極用于與該相繞組另一端連接。

根據(jù)相繞組中電流的交流分量確定控制第一開關(guān)組件導(dǎo)通方向和導(dǎo)通時(shí)間以及第二開關(guān)組件導(dǎo)通方向和導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制第一開關(guān)組件負(fù)極電壓大小和該電壓持續(xù)時(shí)間，根據(jù)相繞組中電流的直流分量確定第四開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制第四開關(guān)正極電壓大小和該電壓持續(xù)時(shí)間，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)控制繞組兩端電壓大小和持續(xù)時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制繞組兩端電流大小和繞組電流的方向。

本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，由多個(gè)相橋臂和1個(gè)中性點(diǎn)橋臂構(gòu)成被驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組驅(qū)動(dòng)回路，由于多個(gè)相繞組電流中的交流分量相互抵消，多相繞組電流之和為多相繞組電流直流分量之和，因此，電流始終是經(jīng)過(guò)第三開關(guān)組件正極流向第四開關(guān)組件負(fù)極，或始終是經(jīng)過(guò)第四開關(guān)組件正極流向第四開關(guān)組件負(fù)極，因此，可以本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流偏置正弦電流電機(jī)定子繞組的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)相繞組中電流的交流分量確定控制第一開關(guān)組件導(dǎo)通方向和導(dǎo)通時(shí)間以及第二開關(guān)組件導(dǎo)通方向和導(dǎo)通時(shí)間，根據(jù)相繞組中電流的直流分量確定第四開關(guān)組件導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)控制繞組中電流大小和繞組電流的方向，使被驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組中通入由直流分量和交流分量疊加的電流。一個(gè)中性點(diǎn)橋臂同n相橋臂構(gòu)成n相繞組驅(qū)動(dòng)電路，減少n-1個(gè)橋臂，減少了4n-4個(gè)電力電子器件，大大縮減了驅(qū)動(dòng)器的成本，提高了功率密度。

本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)施例包括主電路部分和控制部分，圖3為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例的主電路部分拓?fù)鋱D，該主電路部分包括三個(gè)相橋臂和1個(gè)中性點(diǎn)橋臂，每個(gè)橋臂包括第一開關(guān)組件和第二開關(guān)組件，第一開關(guān)組件包括并聯(lián)的開關(guān)管q1和二極管d1，且二極管d1的導(dǎo)通方向與開關(guān)管q1的導(dǎo)通方向相反，二極管d1的正極作為第一開關(guān)組件的負(fù)極，二極管d1的負(fù)極作為第一開關(guān)組件的正極，開關(guān)管q1允許流過(guò)最大電流大于二極管d1導(dǎo)通方向允許流過(guò)最大電流；第二開關(guān)組件包括并聯(lián)的開關(guān)管q2和二極管d2，且二極管d2的導(dǎo)通方向與開關(guān)管q2的導(dǎo)通方向相反，二極管d2的正極作為第二開關(guān)組件的負(fù)極，二極管d2的負(fù)極作為第二開關(guān)組件的正極，二極管導(dǎo)通方向的允許流過(guò)最大電流大于開關(guān)管允許流過(guò)最大電流。中性點(diǎn)橋臂包括第三開關(guān)組件和第四開關(guān)組件，第三開關(guān)組件為二極管d3，第四開關(guān)組件為開關(guān)管q3，二極管d3的正極與開關(guān)管q3的正極連接，二極管d3的負(fù)極作為第三開關(guān)組件的正極，開關(guān)管q3的正極作為第四開關(guān)組件的負(fù)極。

當(dāng)被驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組中電流方向?yàn)閳D3中箭頭所示方向時(shí)，電流可以經(jīng)過(guò)開關(guān)管q1流入繞組中，此時(shí)開關(guān)管q1導(dǎo)通，開關(guān)管q2截止，同時(shí)電流可以經(jīng)過(guò)二極管d2進(jìn)入繞組中，此時(shí)當(dāng)開關(guān)管q1截止且開關(guān)管q2截止。當(dāng)被驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組中電流方向?yàn)閳D3中箭頭所示反方向時(shí)，電流可以經(jīng)過(guò)繞組流入開關(guān)管q2中，此時(shí)開關(guān)管q1截止且開關(guān)管q2導(dǎo)通，或者電流可以經(jīng)過(guò)繞組進(jìn)入二極管d1中，此時(shí)當(dāng)開關(guān)管q1截止且開關(guān)管q2截止。由圖2得到的結(jié)論，在器件選擇上，開關(guān)管q1和二極管d2按照正向電流的最大值以及有效值選擇大電流容量器件；開關(guān)管q2和二極管d1按照反向電流的最大值以及有效值選擇小電流容量器件。最后組成容量不對(duì)稱的相橋臂。設(shè)定直流和交流電流的額定值均為in。

對(duì)圖2中的正向電流求均方根值可以得到開關(guān)管q1和二極管d2選定容量參考值為：

對(duì)圖2中的反向電流求均方根值可以得到開關(guān)管q2和二極管d1的選定容量參考值為：

由上列兩式可以發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算得到的開關(guān)管q2和二極管d1的容量比開關(guān)管q1和二極管d2的容量小9倍多，可以選取不一樣的電力電子器件。

由于定子繞組中的直流勵(lì)磁成分始終只朝向一個(gè)方向。假定電流方向如圖中所示為正向，中性點(diǎn)橋臂中電流始終為第三開關(guān)組件的正極流向負(fù)極或者始終為第四開關(guān)組件的正極流向負(fù)極，因此將中性點(diǎn)橋臂設(shè)置為電流單向流動(dòng)的單極性橋臂，由一個(gè)功率二極管d3和一個(gè)功率開關(guān)器件q3串聯(lián)組成，從而又減少了該橋臂一半的功率器件。由基爾霍夫電流定律可知，流入中性點(diǎn)橋臂的電流為三相電流中直流成分之和，因此二極管d3和一個(gè)開關(guān)管q3的容量選取參考值為3in。

圖4為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例的控制部分結(jié)構(gòu)圖?？刂撇糠职娏鳈z測(cè)模塊、位置檢測(cè)模塊、矢量轉(zhuǎn)化模塊、速度環(huán)、電流環(huán)、脈寬調(diào)制模塊。電流檢測(cè)模塊檢測(cè)并輸出電機(jī)的實(shí)測(cè)定子電流信號(hào)，電流檢測(cè)模塊可以為a、b、c三相霍爾電流傳感器，位置檢測(cè)模塊檢測(cè)并輸出電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)位置和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速。位置檢測(cè)模塊可以電機(jī)軸相編碼器，分別用來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行微分獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。速度環(huán)輸入端與位置檢測(cè)模塊的第一輸出端連接，速度環(huán)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行pi控制輸出電流指令的q軸分量；

矢量轉(zhuǎn)化模塊第一輸入端與電流檢測(cè)模塊的輸出端連接，矢量轉(zhuǎn)化模塊第二輸出端與位置檢測(cè)模塊的第二輸出端連接，矢量轉(zhuǎn)化模塊根據(jù)電流檢測(cè)模塊輸出電機(jī)的實(shí)測(cè)定子電流信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)位置進(jìn)行矢量轉(zhuǎn)化輸出轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流q軸分量、轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流d軸分量和轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流0軸分量。

電流環(huán)第一輸入端與速度環(huán)的輸出端連接，電流環(huán)第二輸入端與矢量轉(zhuǎn)化模塊的輸出端連接，電流環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流q軸分量、轉(zhuǎn)子實(shí)測(cè)電流d軸分量、電流指令的q軸分量以及電流指令的d軸分量進(jìn)行pi控制，輸出電壓指令，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的無(wú)靜差跟蹤。電流指令的d軸分量和0軸分量采用直流型偏置電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式推得。脈寬調(diào)制模塊輸入端與電流環(huán)的輸出端連接，脈寬調(diào)制模塊用于將電壓指令轉(zhuǎn)為7路pwm信號(hào)輸出；每一路pwm信號(hào)用于控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止。

本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例，通過(guò)采集主電路部分輸出的三相電流大小，以及電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小，經(jīng)過(guò)dq變換，得到dq坐標(biāo)下的id，iq，i0電流值，其中i0即為直流勵(lì)磁電流值。將得到的反饋量與參考量相比，經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)及前饋補(bǔ)償控制給出vd，vq，v0的指令值，再由park逆變換得到三相坐標(biāo)下va，vb，vc。通過(guò)脈寬調(diào)制模塊輸出給主電路部分控制電機(jī)工作。

本發(fā)明提供的實(shí)施例中，由于各橋臂輸出電壓基波與調(diào)制波為線性關(guān)系，因此，可以將輸出電壓分為交流成分與直流成分分別考慮。a、b、c三相橋臂的調(diào)制波根據(jù)由直流成分與交流成分疊加后的繞組電流減去直流偏置v0獲得va、vb、vc，這樣橋臂調(diào)制波只含有交流成分，正負(fù)對(duì)稱而最大化利用輸出范圍。此時(shí)，中性點(diǎn)橋臂開關(guān)管的調(diào)制波為直流偏置v0。

圖5為本發(fā)明提供實(shí)施例中開關(guān)管控制信號(hào)產(chǎn)生原理圖。為了合理分配各個(gè)開關(guān)管的實(shí)時(shí)占空比，以達(dá)到較小的紋波，四個(gè)橋臂要考慮采用協(xié)同控制的方法，實(shí)現(xiàn)單極倍頻輸出。由于abc三相橋臂對(duì)稱，以a相為例，設(shè)其瞬時(shí)調(diào)制波為ma；設(shè)中性點(diǎn)橋臂瞬時(shí)調(diào)制波為mn。設(shè)定當(dāng)調(diào)制波大于三角載波時(shí)，abc三相橋臂上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷；n相橋臂下管導(dǎo)通。圖5(a)為相橋臂調(diào)制波、中性點(diǎn)橋臂調(diào)制波和載波關(guān)系圖，瞬時(shí)調(diào)制波為ma大于中性點(diǎn)橋臂瞬時(shí)調(diào)制波為mn，載波為實(shí)線三角波和虛線三角波，實(shí)線三角波在一個(gè)周期起始時(shí)刻的幅值為最大值，虛線三角波在一個(gè)周期起始時(shí)刻的幅值為最小值，圖5(b)為當(dāng)載波為實(shí)線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓，由圖5(b)可知，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，載波為實(shí)線三角波時(shí)，輸出的相電壓為雙極性的，圖5(c)為當(dāng)載波為虛線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓，虛線三角波為對(duì)實(shí)線三角波相移180°后的載波。由圖5(c)可知，當(dāng)載波移相180度時(shí)，輸出相電壓為單極性的。圖6為本發(fā)明提供第二實(shí)施例中當(dāng)交流分量小于直流分量時(shí)開關(guān)管控制信號(hào)產(chǎn)生原理圖，圖6(a)為相橋臂調(diào)制波、中性點(diǎn)橋臂調(diào)制波和載波關(guān)系圖，瞬時(shí)調(diào)制波為ma小于中性點(diǎn)橋臂瞬時(shí)調(diào)制波為mn，載波為實(shí)線三角波和虛線三角波，實(shí)線三角波在一個(gè)周期起始時(shí)刻的幅值為最大值，虛線三角波在一個(gè)周期起始時(shí)刻的幅值為最小值，圖6(b)為當(dāng)載波為實(shí)線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓，由圖6(b)可知，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，載波為實(shí)線三角波時(shí)，輸出的相電壓為雙極性的，圖6(c)為當(dāng)載波為虛線三角波時(shí)相橋臂端電壓、中性點(diǎn)橋臂電壓以及繞組電壓。依舊是移相后為單極性輸出。由此可以分析得到，載波移相180°后，可以實(shí)現(xiàn)單極倍頻調(diào)制算法。且繞組電壓主要的低次諧波為二次開關(guān)頻率，且一個(gè)周期內(nèi)的兩個(gè)脈沖越對(duì)稱，開關(guān)頻率諧波成分越低，可以實(shí)現(xiàn)繞組電壓為波形良好的帶直流偏置的交流電流。

本發(fā)定子直流勵(lì)磁電機(jī)系統(tǒng)，包括本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組，且該電機(jī)定子繞組中所注入電流包括直流分量和交流分量。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。