本實用新型涉及電機驅(qū)動領(lǐng)域，特別涉及一種電勵磁六相電機的一體化驅(qū)動與控制裝置。

背景技術(shù)：

在一些對驅(qū)動功率要求大、可靠性要求高、體積要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合，多相電機得到了廣泛的應(yīng)用。多相電機中，目前又以雙Y繞組移相30度的六相電機應(yīng)用最多。這種六相電機根據(jù)轉(zhuǎn)子勵磁的不同又分為永磁式和電勵磁式。受成本和功率的約束，電勵磁六相電機尤其適合特大功率的驅(qū)動場合。

如圖1所示，本專利中提到的電勵磁六相電機即指這種雙Y繞組移相30度的電機。電機包含兩套獨立的Y接定子繞組和1套轉(zhuǎn)子勵磁繞組。第一套Y接定子繞組端子為A1，B1，C1，中性點為N1。第二套Y接定子繞組端子為A2，B2，C2，中性點為N2。N1與N2電氣隔離。兩套Y接定子繞組之間在電氣空間上相位相差30度。轉(zhuǎn)子勵磁繞組端子為f1和f2。與傳統(tǒng)的大型三相同步電勵磁電機類似，除了上述基本繞組外，電機轉(zhuǎn)子還可能包含1至2套輔助的阻尼繞組，圖中未畫出。

傳統(tǒng)的驅(qū)動方式下，兩套定子Y接繞組采用兩套獨立的三相變頻器驅(qū)動，并由變頻器發(fā)出勵磁指令，由獨立的勵磁裝置控制勵磁繞組工作。這種方式的優(yōu)點是，兩套三相變頻器可以采用驅(qū)動傳統(tǒng)三相電機的常規(guī)三相變頻器，勵磁裝置也可以采用常規(guī)的勵磁調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)集成時對硬件改動要求小，相對容易。然而，這一集成方式下的三套繞組的驅(qū)動與控制彼此獨立，并沒有充分考慮三套繞組之間存在相互作用。事實上，兩套定子繞組以及勵磁繞組兩兩之間都有不可忽略的電磁耦合，因此，傳統(tǒng)的簡單集成的方式的控制性能往往不夠理想，具體表現(xiàn)為定子變頻器驅(qū)動和勵磁控制相互影響，參數(shù)整定困難，動態(tài)響應(yīng)有耦合，系統(tǒng)容易出現(xiàn)不穩(wěn)定等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述問題，本實用新型給出一種電勵磁六相電機的一體化驅(qū)動與控制裝置。該一體化驅(qū)動與控制裝置統(tǒng)一驅(qū)動定子雙Y繞組以及轉(zhuǎn)子勵磁繞組，通 過融合電勵磁六相電機的定、轉(zhuǎn)子繞組的反饋信息，統(tǒng)一控制電勵磁六相電機的三套繞組，實現(xiàn)整體控制性能的優(yōu)化。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下。

六相電勵磁電機第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子、第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子、以及轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子與本專利實用新型的電勵磁六相電機一體化驅(qū)動與控制裝置相連。

電勵磁六相電機的一體化驅(qū)動與控制裝置，其特征在于：包括定子側(cè)變頻器主電路、轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路以及一體化控制系統(tǒng)；所述定子側(cè)變頻器主電路包含兩組輸出，其中第一組共三路輸出與六相電勵磁電機的第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子相連，第二組共三路輸出與第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子相連；所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路的輸出與六相電勵磁電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子相連。

所述一體化控制系統(tǒng)包括定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)，所述定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)從定子側(cè)變頻器主電路中采集的關(guān)鍵反饋信號包括：定子側(cè)變頻器主電路的兩組輸出的電流i_A1,i_B1,i_C1與i_A2,i_B2,i_C2、電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r；所述定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)發(fā)送給定子側(cè)變頻器主電路的關(guān)鍵指令信號包括：第一組輸出的控制信號PWM1，以及第二組輸出的控制信號PWM2。

所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)從轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路中采集的關(guān)鍵反饋信號包括：定子機端電壓幅值U_sm與轉(zhuǎn)子勵磁電流i_fd′；所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)發(fā)送給轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路的關(guān)鍵指令信號包括：轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路的控制信號VTs。

所述定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)發(fā)給轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)的關(guān)鍵指令信號包括：定子機端電壓幅值給定值U_{sm_ref}、定子電流直軸分量i_d、交軸分量i_q，電機轉(zhuǎn)子電角速度ω_r；所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)發(fā)給定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵反饋信號包括：轉(zhuǎn)子勵磁電流i_fd′。

所述定子側(cè)變頻器主電路包括整流單元、直流母線單元以及逆變單元；所述整流單元與電網(wǎng)相連，所述逆變單元形成兩組輸出，分別與電勵磁六相電機的兩 套定子繞組相連；整流單元與逆變單元之間通過直流母線單元相連。

所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路包括晶閘管三相橋以及直流母線電感；所述晶閘管三相橋的交流側(cè)與電網(wǎng)相連；所述晶閘管三相橋的直流側(cè)正與直流母線電感相連；所述直流母線電感的另一端為輸出f1，所述晶閘管三相橋的直流側(cè)負為輸出f2；f1、f2最終與電勵磁六相電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組相連。

所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)包括勵磁電流給定值計算單元、晶閘管導(dǎo)通角計算單元以及脈沖形成單元。

所述勵磁電流給定值計算單元輸入量包括定子機端電壓幅值給定值U_{sm_ref}與定子機端電壓幅值U_sm的偏差(U_{sm_ref}-U_sm)；勵磁電流給定值計算單元的輸出量包括勵磁電流給定值i_{fd_ref}′；勵磁電流給定值計算單元通常為比例-積分控制器。

所述晶閘管導(dǎo)通角計算單元的輸入為勵磁電流給定值i_{fd_ref}′與勵磁電流反饋值i_fd′的偏差(i_{fd_ref}′-i_fd′)，其輸出即為晶閘管導(dǎo)通角給定值α_ref；晶閘管導(dǎo)通角計算單元通常為比例-積分控制器。

所述脈沖形成單元輸入包括晶閘管導(dǎo)通角給定值α_ref，輸出為晶閘管的脈沖群VTs；脈沖群VTs用于觸發(fā)轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路的晶閘管；勵磁電流反饋值i_fd′同時也要作為轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)的輸出，以供一體化驅(qū)動與控制裝置的定子變頻器控制系統(tǒng)使用。

所述定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)包括定子d軸電流給定計算單元、定子q周電流給定計算單元、定子電流3s/2r變換單元、定子電流綜合單元、電流環(huán)控制單元、定子電壓給定分解單元以及調(diào)制波生成單元；

所述定子d軸電流給定計算單元的輸入包括：定子電流幅值給定I_smref，轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′，輸出包括定子d軸電流給定i_{d_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

$i_{d\_ref}=\frac{-L_{md}{i_{fd}}^{\′}+\sqrt{{\left(L_{md}{i_{fd}}^{\′}\right)}^2-4(L_{md}-L_{mq})(L_{mq}+L_{ls}){I_{sm\_ref}}^2}}{2(L_{md}-L_{mq})}$

其中，轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′來自本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)輸出。可以看出，在本專利的一體化控制下，定子電流參考給定的計算中引入了轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′的信息，使得定子電流給定值能夠直接計算，省去了傳統(tǒng)定子電流控制中的給定值反饋調(diào)節(jié)環(huán)，提高了控制性能。

所述定子d軸電流給定計算單元的輸入包括：定子電流幅值給定I_smref，定子d軸電流給定i_{d_ref}；定子d軸電流給定計算單元的輸出包括定子q軸電流給定i_{q_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

$i_{q\_ref}=\sqrt{{I_{sm\_ref}}^2-{i_{d\_ref}}^2}.$

所述定子電流3s/2r變換單元的輸入包括：定子側(cè)變頻器主電路的兩組輸出的電流i_A1,i_B1,i_C1與i_A2,i_B2,i_C2、電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r；定子電流3s/2r變換單元的輸出包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流i_1d,i_1q與i_2d,i_2q，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

所述定子電流綜合單元的輸入包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流i_1d,i_1q與i_2d,i_2q；定子電流綜合單元的輸出包括：定子電流直軸分量i_d與交軸分量i_q，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

i_d＝0.5(i_1d+i_2d)

i_q＝0.5(i_1q+i_2q)

所述電流環(huán)控制單元的輸入包括：定子d軸電流給定i_{d_ref}，定子q軸電流給定i_{q_ref}，定子電流直軸分量i_d與交軸分量i_q；電流環(huán)控制單元的輸出包括：定子d軸電壓給定u_{d_ref}，定子q軸電壓給定u_{q_ref}。電流環(huán)控制單元的具體實施可以有多種方式，包括傳統(tǒng)的矢量控制方式、傳統(tǒng)的滯環(huán)控制方式等等。

所述定子電壓給定分解單元的輸入包括：定子d軸電壓給定u_{d_ref}，定子q軸電壓給定u_{q_ref}；定子電壓給定分解單元的輸出包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與u_{2d_ref},u_{2q_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：u_{1d_ref}＝u_{2d_ref}＝u_{d_ref},u_{1q_ref}＝u_{2q_ref}＝u_{q_ref}。

所述調(diào)制波生成單元的輸入包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與u_{2d_ref},u_{2q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r；調(diào)制波生成單元的輸出包括：送給定子側(cè)變頻器主電路的第一組輸出的控制信號PWM1，以及第二組輸出的控制信號PWM2。第一組輸出的控制信號PWM1由電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r生成；第二組輸出的控制信號PWM2由電壓給定u_{2d_ref},u_{2q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r生成。

定子電流直軸分量i_d、交軸分量i_q也要作為定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)的輸出，以供一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)使用。

本實用新型的優(yōu)點在于：

1、電勵磁六相電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組采用一體化驅(qū)動裝置，并進行統(tǒng)一控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機端電壓控制和定子電流控制的完全解耦，提高控制性能。

2、電勵磁六相電機的雙定子繞組采用一體化驅(qū)動裝置，能夠充分考慮定子繞組之間的相互耦合，保證雙繞組定子電流的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)控制精度，達到動態(tài)過程的電流和功率平衡。

3、采用一體化驅(qū)動與控制裝置，通過融合反饋信息，能夠?qū)崿F(xiàn)定子繞組變頻控制與勵磁繞組控制系統(tǒng)的解耦，便于參數(shù)整定，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本專利針對的電勵磁六相電機的繞組組成示意圖。

圖2是本專利實用新型的電勵磁六相電機一體化驅(qū)動與控制裝置組成圖。

圖3是本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器主電路組成圖。

圖4是本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器主電路的一種實施例方案。

圖5是本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器主電路的一種實施例方案。

圖6是本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路實施例組成圖。

圖7是本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)實施例組成。

圖8是本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)實施例組成。

圖中標(biāo)號含義如下：

附圖中：六相電勵磁電機1，電勵磁六相電機一體化驅(qū)動與控制裝置2，定子側(cè)變頻器主電路21，轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22，一體化控制系統(tǒng)23，定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231，轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232，整流單元212，直流母線單元213，逆變單元214，整流單元2124，直流母線單元2134，逆變單元2144，整流單元2125，直流母線單元2135，逆變單元2145，轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路由晶閘管三相橋223，直流母線電感222，電網(wǎng)221，側(cè)勵磁裝置的調(diào)節(jié)器由勵磁電流給定值計算單元31，晶閘管導(dǎo)通角計算單元32，脈沖形成單元33組成，定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)由定子d軸電流給定計算單元41，定子q周電流給定計算單元42，定子電流3s/2r變換單元43，定子電流綜合單元44，電流環(huán)控制單元45，定子電壓給定分解單元46，調(diào)制波生成單元47。

具體實施方式

實施例1

六相電勵磁電機第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子、第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子、以及轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子與本專利實用新型的電勵磁六相電機一體化驅(qū)動與控制裝置2相連。

電勵磁六相電機的一體化驅(qū)動與控制裝置，其特征在于：包括定子側(cè)變頻器主電路21、轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22以及一體化控制系統(tǒng)23；所述定子側(cè)變頻器主電路21包含兩組輸出，其中第一組共三路輸出與六相電勵磁電機1的第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子相連，第二組共三路輸出與第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子相連；所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22的輸出與六相電勵磁電機1的轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子相連。

電勵磁六相電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組采用一體化驅(qū)動裝置，并進行統(tǒng)一控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機端電壓控制和定子電流控制的完全解耦，提高控制性能；電勵磁六相電機的雙定子繞組采用一體化驅(qū)動裝置，能夠充分考慮定子繞組之間的相互耦合，保證雙繞組定子電流的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)控制精度，達到動態(tài)過程的電流和功率平衡；采用一體化驅(qū)動與控制裝置，通過融合反饋信息，能夠?qū)崿F(xiàn)定子繞組變頻控制與勵磁繞組控制系統(tǒng)的解耦，便于參數(shù)整定，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。

實施例2

六相電勵磁電機第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子、第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子、以及轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子與本專利實用新型的電勵磁六相電機一體化驅(qū)動與控制裝置2相連。

電勵磁六相電機的一體化驅(qū)動與控制裝置，其特征在于：包括定子側(cè)變頻器主電路21、轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22以及一體化控制系統(tǒng)23；所述定子側(cè)變頻器主電路21包含兩組輸出，其中第一組共三路輸出與六相電勵磁電機1的第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子相連，第二組共三路輸出與第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子相連；所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22的輸出與六相電勵磁電機1的轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子相連。

所述一體化控制系統(tǒng)23包括定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231和轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232，所述定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231從定子側(cè)變頻器主電路21中采集的關(guān)鍵反饋信號包括：定子側(cè)變頻器主電路21的兩組輸出的電流i_A1,i_B1,i_C1與i_A2,i_B2,i_C2、電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r；所述定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231發(fā)送給定子側(cè)變頻器主電路21的關(guān)鍵指令信號包括：第一組輸出的控制信號PWM1，以及第二組輸出的控制信號PWM2。

所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232從轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22中采集的關(guān)鍵反饋信號包括：定子機端電壓幅值U_sm與轉(zhuǎn)子勵磁電流i_fd′；所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232發(fā)送給轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22的關(guān)鍵指令信號包括：轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22的控制信號VTs。

所述定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231發(fā)給轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232的關(guān)鍵指令信號包括：定子機端電壓幅值給定值U_{sm_ref}、定子電流直軸分量i_d、交軸分量 i_q，電機轉(zhuǎn)子電角速度ω_r；所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232發(fā)給定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231的關(guān)鍵反饋信號包括：轉(zhuǎn)子勵磁電流i_fd′。

所述定子側(cè)變頻器主電路21包括整流單元212、直流母線單元213以及逆變單元214；所述整流單元212與電網(wǎng)211相連，所述逆變單元214形成兩組輸出，分別與電勵磁六相電機1的兩套定子繞組相連；整流單元212與逆變單元214之間通過直流母線單元213相連。

所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22包括晶閘管三相橋223以及直流母線電感222；所述晶閘管三相橋223的交流側(cè)與電網(wǎng)221相連；所述晶閘管三相橋223的直流側(cè)正與直流母線電感222相連；所述直流母線電感222的另一端為輸出f1，所述晶閘管三相橋223的直流側(cè)負為輸出f2；f1、f2最終與電勵磁六相電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組相連。

所述轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)232包括勵磁電流給定值計算單元31、晶閘管導(dǎo)通角計算單元32以及脈沖形成單元33。

所述勵磁電流給定值計算單元31輸入量包括定子機端電壓幅值給定值U_{sm_ref}與定子機端電壓幅值U_sm的偏差(U_{sm_ref}-U_sm)；勵磁電流給定值計算單元31的輸出量包括勵磁電流給定值i_{fd_ref}′；勵磁電流給定值計算單元31通常為比例-積分控制器。

所述晶閘管導(dǎo)通角計算單元32的輸入為勵磁電流給定值i_{fd_ref}′與勵磁電流反饋值i_fd′的偏差(i_{fd_ref}′-i_fd′)，其輸出即為晶閘管導(dǎo)通角給定值α_ref；晶閘管導(dǎo)通角計算單元32通常為比例-積分控制器。

所述脈沖形成單元33輸入包括晶閘管導(dǎo)通角給定值α_ref，輸出為晶閘管的脈沖群VTs；脈沖群VTs用于觸發(fā)轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路的晶閘管；勵磁電流反饋值i_fd′同時也要作為轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)的輸出，以供一體化驅(qū)動與控制裝置的定子變頻器控制系統(tǒng)使用。

所述定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)231包括定子d軸電流給定計算單元41、定子q周電流給定計算單元42、定子電流3s/2r變換單元43、定子電流綜合單元44、電流環(huán)控制單元45、定子電壓給定分解單元46以及調(diào)制波生成單元47；

所述定子d軸電流給定計算單元41的輸入包括：定子電流幅值給定I_smref，轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′，輸出包括定子d軸電流給定i_{d_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

$i_{d\_ref}=\frac{-L_{md}{i_{fd}}^{\′}+\sqrt{{\left(L_{md}{i_{fd}}^{\′}\right)}^2-4(L_{md}-L_{mq})(L_{mq}+L_{ls}){I_{sm\_ref}}^2}}{2(L_{md}-L_{mq})}$

其中，轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′來自本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)輸出?？梢钥闯觯诒緦＠囊惑w化控制下，定子電流參考給定的計算中引入了轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′的信息，使得定子電流給定值能夠直接計算，省去了傳統(tǒng)定子電流控制中的給定值反饋調(diào)節(jié)環(huán)，提高了控制性能。

所述定子d軸電流給定計算單元41的輸入包括：定子電流幅值給定I_smref，定子d軸電流給定i_{d_ref}；定子d軸電流給定計算單元41的輸出包括定子q軸電流給定i_{q_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

$i_{q\_ref}=\sqrt{{I_{sm\_ref}}^2-{i_{d\_ref}}^2}.$

所述定子電流3s/2r變換單元43的輸入包括：定子側(cè)變頻器主電路21的兩組輸出的電流i_A1,i_B1,i_C1與i_A2,i_B2,i_C2、電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r；定子電流3s/2r變換單元43的輸出包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流i_1d,i_1q與i_2d,i_2q，并

按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

所述定子電流綜合單元44的輸入包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流i_1d,i_1q與i_2d,i_2q；定子電流綜合單元44的輸出包括：定子電流直軸分量i_d與交軸分量i_q，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

i_d＝0.5(i_1d+i_2d)

i_q＝0.5(i_1q+i_2q)

所述電流環(huán)控制單元45的輸入包括：定子d軸電流給定i_{d_ref}，定子q軸電流給定i_{q_ref}，定子電流直軸分量i_d與交軸分量i_q；電流環(huán)控制單元45的輸出包括：定子d軸電壓給定u_{d_ref}，定子q軸電壓給定u_{q_ref}。電流環(huán)控制單元45的具體實施可以有多種方式，包括傳統(tǒng)的矢量控制方式、傳統(tǒng)的滯環(huán)控制方式等等。

所述定子電壓給定分解單元46的輸入包括：定子d軸電壓給定u_{d_ref}，定子q軸電壓給定u_{q_ref}；定子電壓給定分解單元46的輸出包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與u_{2d_ref},u_{2q_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：u_{1d_ref}＝u_{2d_ref}＝u_{d_ref},u_{1q_ref}＝u_{2q_ref}＝u_{q_ref}。

所述調(diào)制波生成單元47的輸入包括：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與u_{2d_ref},u_{2q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r；調(diào)制波生成單元47的輸出包括：送給定子側(cè)變頻器主電路21的第一組輸出的控制信號PWM1，以及第二組輸出的控制信號PWM2。第一組輸出的控制信號PWM1由電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r生成；第二組輸出的控制信號PWM2由電壓給定u_{2d_ref},u_{2q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r生成。

定子電流直軸分量i_d、交軸分量i_q也要作為定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)的輸出，以供一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)使用。

電勵磁六相電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組采用一體化驅(qū)動裝置，并進行統(tǒng)一控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機端電壓控制和定子電流控制的完全解耦，提高控制性能。電勵磁六相電機的雙定子繞組采用一體化驅(qū)動裝置，能夠充分考慮定子繞組之間的相互耦合，保證雙繞組定子電流的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)控制精度，達到動態(tài)過程的電流和功率平衡。采用一體化驅(qū)動與控制裝置，通過融合反饋信息，能夠?qū)崿F(xiàn)定子繞組變頻控制與勵磁繞組控制系統(tǒng)的解耦，便于參數(shù)整定，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。

實施例3

如圖2所示，六相電勵磁電機1的第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子、 第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子、以及轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子與本專利實用新型的電勵磁六相電機一體化驅(qū)動與控制裝置2相連。本專利實用新型的電勵磁六相電機一體化驅(qū)動與控制裝置2由定子側(cè)變頻器主電路21、轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22、以及一體化控制系統(tǒng)23組成。定子側(cè)變頻器主電路21包含兩組輸出，其中第一組共三路輸出與六相電勵磁電機1的第一定子Y接繞組的A1、B1、C1端子相連，第二組共三路輸出與第二定子Y接繞組的A2、B2、C2端子相連。轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22的輸出與六相電勵磁電機1的轉(zhuǎn)子勵磁繞組f1、f2端子相連。

一體化控制系統(tǒng)23由定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231和轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232組成。定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231從定子側(cè)變頻器主電路21中采集的關(guān)鍵反饋信號包括但不限于：定子側(cè)變頻器主電路21的兩組輸出的電流i_A1,i_B1,i_C1與i_A2,i_B2,i_C2、電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r。定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231發(fā)送給定子側(cè)變頻器主電路21的關(guān)鍵指令信號包括但不限于：第一組輸出的控制信號PWM1，以及第二組輸出的控制信號PWM2。在具體的實施例中，PWM1和PWM2通常各包含若干路脈寬調(diào)制信號用以觸發(fā)定子側(cè)變頻器主電路21中的IGBT開關(guān)。

轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232從轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22中采集的關(guān)鍵反饋信號包括但不限于：定子機端電壓幅值U_sm與轉(zhuǎn)子勵磁電流i_fd′。轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232發(fā)送給轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22的關(guān)鍵指令信號包括但不限于：轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22的控制信號VTs。在具體的實施例中，VTs通常包含若干路觸發(fā)脈沖用以觸發(fā)轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路22中的晶閘管開關(guān)。

定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231發(fā)給轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232的關(guān)鍵指令信號包括但不限于：定子機端電壓幅值給定值U_{sm_ref}、定子電流直軸分量i_d、交軸分量i_q，電機轉(zhuǎn)子電角速度ω_r。轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)232發(fā)給定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)231的關(guān)鍵反饋信號包括但不限于：轉(zhuǎn)子勵磁電流i_fd′。可以看出，在一體化控制系統(tǒng)中，定子側(cè)變頻器控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)之間有了信號的聯(lián)系，使得更多的反饋信息進入對方控制系統(tǒng)，這將使得二者協(xié)調(diào)更加容易，控制性能更加優(yōu)良。

如圖3所示，本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器主電路由整流單元212、直流母線單元213以及逆變單元214組成。整流單元212與電網(wǎng)211相連，逆變單元214形成兩組輸出，分別與電勵磁六相電機的兩套定子繞組相連。整流單元與逆變單元之間通過直流母線單元213相連。在具體實施例中，整流單元212可以是一個或多個二極管整流橋，也可以是一個或多個IGBT整流橋。直流母線單元213可以是一個或多個母線電容。逆變單元214可以是六橋臂IGBT逆變橋，也可以是級聯(lián)H橋形式的IGBT逆變橋。

如圖4所示，本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器主電路的一個實施例，通常適用于交流6kV電壓等級以下的電網(wǎng)。該實施例由整流單元2124、直流母線單元2134以及逆變單元2144組成，它們分別對應(yīng)于前述整流單元212、直流母線單元213以及逆變單元214的實施例。整流單元2124可以是三相IGBT整流橋也可以為三相二極管整流橋。直流母線單元2134為電容。逆變單元2144為六橋臂IGBT逆變橋。整流單元2124與電網(wǎng)211相連，逆變單元2144形成A1、B1、C1及A2、B2、C2兩組輸出，分別與電勵磁六相電機的兩套定子繞組相連。整流單元2124的直流側(cè)、逆變單元2144的直流側(cè)與直流母線單元2134并聯(lián)。

如圖5所示，本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器主電路的另一個實施例，通常適用于交流6kV及以上電壓等級的電網(wǎng)。該實施例由整流單元2125、直流母線單元2135以及逆變單元2145組成，它們分別對應(yīng)于前述整流單元212、直流母線單元213以及逆變單元214的實施例。整流單元2125由多繞組隔離變壓器及若干獨立的二極管整流H橋組成。直流母線單元2135由二極管整流H橋的直流母線電容組成。逆變單元2145由兩組3相級聯(lián)H橋組成。整流單元2125的多繞組隔壁變壓器的原邊與電網(wǎng)211相連，逆變單元2145形成兩組輸出A1、B1、C1以及A2、B2、C2，分別與電勵磁六相電機的兩套定子繞組相連。

如圖6所示，本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路的一個實施例。轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路由晶閘管三相橋223以及直流母線電感222組成。晶閘管三相橋223的交流側(cè)與電網(wǎng)221相連。晶閘管三相橋223的直流側(cè)正與直流母線電感222相連。直流母線電感222的另一端為輸出f1，晶閘管三相橋223的直流側(cè)負為輸出f2。f1、f2最終與電勵磁六相電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組相連。

如圖7所示，本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)實施例組 成。側(cè)勵磁裝置的調(diào)節(jié)器由勵磁電流給定值計算單元31、晶閘管導(dǎo)通角計算單元32以及脈沖形成單元33組成。勵磁電流給定值計算單元31輸入量包括但不限于定子機端電壓幅值給定值U_{sm_ref}與定子機端電壓幅值U_sm的偏差(U_{sm_ref}-U_sm)。勵磁電流給定值計算單元31的輸出量包括但不限于勵磁電流給定值i_{fd_ref}′。勵磁電流給定值計算單元31通常為比例-積分控制器。晶閘管導(dǎo)通角計算單元32的輸入為勵磁電流給定值i_{fd_ref}′與勵磁電流反饋值i_fd′的偏差(i_{fd_ref}′-i_fd′)，其輸出即為晶閘管導(dǎo)通角給定值α_ref。晶閘管導(dǎo)通角計算單元32通常為比例-積分控制器。脈沖形成單元33輸入包括但不限于晶閘管導(dǎo)通角給定值α_ref，輸出為晶閘管的脈沖群VTs。脈沖群VTs用于觸發(fā)轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置主電路的晶閘管。勵磁電流反饋值i_fd′同時也要作為轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)的輸出，以供一體化驅(qū)動與控制裝置的定子變頻器控制系統(tǒng)使用。

如圖8所示，本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)實施例組成。定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)由定子d軸電流給定計算單元41、定子q周電流給定計算單元42、定子電流3s/2r變換單元43、定子電流綜合單元44、電流環(huán)控制單元45、定子電壓給定分解單元46以及調(diào)制波生成單元47組成。

定子d軸電流給定計算單元41的輸入包括但不限于：定子電流幅值給定I_smref，轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′，輸出包括但不限于定子d軸電流給定i_{d_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

$i_{d\_ref}=\frac{-L_{md}{i_{fd}}^{\′}+\sqrt{{\left(L_{md}{i_{fd}}^{\′}\right)}^2-4(L_{md}-L_{mq})(L_{mq}+L_{ls}){I_{sm\_ref}}^2}}{2(L_{md}-L_{mq})}$

其中，轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′來自本專利一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁裝置控制系統(tǒng)輸出?？梢钥闯?，在本專利的一體化控制下，定子電流參考給定的計算中引入了轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流i_fd′的信息，使得定子電流給定值能夠直接計算，省去了傳統(tǒng)定子電流控制中的給定值反饋調(diào)節(jié)環(huán)，提高了控制性能。

定子d軸電流給定計算單元41的輸入包括但不限于：定子電流幅值給定 I_smref，定子d軸電流給定i_{d_ref}。定子d軸電流給定計算單元41的輸出包括但不限于定子q軸電流給定i_{q_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出： $i_{q\_ref}=\sqrt{{I_{sm\_ref}}^2-{i_{d\_ref}}^2}.$

定子電流3s/2r變換單元43的輸入包括但不限于：定子側(cè)變頻器主電路21的兩組輸出的電流i_A1,i_B1,i_C1與i_A2,i_B2,i_C2、電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r。定子電流3s/2r變換單元43的輸出包括但不限于：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流i_1d,i_1q與i_2d,i_2q，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

定子電流綜合單元44的輸入包括但不限于：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流i_1d,i_1q與i_2d,i_2q。定子電流綜合單元44的輸出包括但不限于：定子電流直軸分量i_d與交軸分量i_q，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：

i_d＝0.5(i_1d+i_2d)

i_q＝0.5(i_1q+i_2q)

電流環(huán)控制單元45的輸入包括但不限于：定子d軸電流給定i_{d_ref}，定子q軸電流給定i_{q_ref}，定子電流直軸分量i_d與交軸分量i_q。電流環(huán)控制單元45的輸出包括但不限于：定子d軸電壓給定u_{d_ref}，定子q軸電壓給定u_{q_ref}。電流環(huán)控制單元45的具體實施可以有多種方式，包括傳統(tǒng)的矢量控制方式、傳統(tǒng)的滯環(huán)控制方式等等。

定子電壓給定分解單元46的輸入包括但不限于：定子d軸電壓給定u_{d_ref}，定子q軸電壓給定u_{q_ref}。定子電壓給定分解單元46的輸出包括但不限于：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與u_{2d_ref},u_{2q_ref}，并按照如下公式根據(jù)輸入計算輸出：u_{1d_ref}＝u_{2d_ref}＝u_{d_ref},u_{1q_ref}＝u_{2q_ref}＝u_{q_ref}。

調(diào)制波生成單元47的輸入包括但不限于：定子兩套繞組在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與u_{2d_ref},u_{2q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r。調(diào)制波生成單元47的輸出包括但不限于：送給定子側(cè)變頻器主電路21的第一組輸出的控制信號PWM1，以及第二組輸出的控制信號PWM2。第一組輸出的控制信號PWM1由電壓給定u_{1d_ref},u_{1q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r生成；第二組輸出的控制信號PWM2由電壓給定u_{2d_ref},u_{2q_ref}與電機轉(zhuǎn)子電角度θ_r生成。具體調(diào)制波的生成實施方式取決于定子側(cè)變頻器主電路21的實施方式，可以是傳統(tǒng)的三相SPWM方式、SVPWM方式，也可以是傳統(tǒng)的多重載波移相方式等。

定子電流直軸分量i_d、交軸分量i_q也要作為定子側(cè)變頻器的控制系統(tǒng)的輸出，以供一體化驅(qū)動與控制裝置的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁控制系統(tǒng)使用。