專利名稱：基于三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，特別是高速鐵路應(yīng)用中基于三相四橋臂逆 變器控制雙同步永磁電機(jī)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，高速鐵路(簡稱高鐵)在我國得到了迅猛的發(fā)展，高鐵機(jī)車的速度也越來 越快。但是機(jī)車的速度受到機(jī)車的重量、包括用于控制高鐵轉(zhuǎn)向架電機(jī)的逆變器的重量的 限制。控制高鐵機(jī)車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)主要包括同步電機(jī)和控制同步電機(jī)的逆變器?；诂F(xiàn) 階段的高鐵機(jī)車結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在傳統(tǒng)高鐵牽引系統(tǒng)的每個驅(qū)動單元中，一般采用4個 三相三橋臂逆變器1、2、3、4驅(qū)動4個永磁電機(jī)M1、M2、M3、M4，如圖所示，每個三相三橋臂逆 變器包括6個IGBT開關(guān)器件。因此每個驅(qū)動單元包括MfIGBT開關(guān)器件。這種傳統(tǒng)的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用一個逆變器控制一個電機(jī)，存在如下缺點(diǎn)a、開關(guān)器件數(shù)量龐大、相應(yīng)的驅(qū)動 電路和傳感器的數(shù)量也隨之增多，造成整個系統(tǒng)成本巨大；b、由于存在大量開關(guān)器件，系統(tǒng) 體積、重量大，功率密度隨之降低，并壓縮了列車的實(shí)際可用空間和載重能力。因此，現(xiàn)有機(jī) 車的整體重量重，限制了高鐵機(jī)車速度的進(jìn)一步提高。因此，傳統(tǒng)高鐵牽引系統(tǒng)中每個電機(jī)需要獨(dú)立逆變器進(jìn)行控制的機(jī)制急需改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容針對以上問題，本實(shí)用新型的目的是進(jìn)一步減輕高鐵機(jī)車的重量，利于進(jìn)一步提 高高鐵機(jī)車的速度，進(jìn)而提高列車的實(shí)際可用空間和載重能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)提供一種基于三相四橋臂逆變器的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括三相四橋臂逆變 器和與該逆變器并聯(lián)連接的中間直流環(huán)節(jié)；其中，由中間直流環(huán)節(jié)的中性點(diǎn)、逆變器四橋 臂中的兩個橋臂的各自橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第一永磁電機(jī)，由中間直流環(huán)節(jié)的中性 點(diǎn)、該逆變器四橋臂中另兩個橋臂的各自橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第二永磁電機(jī)。優(yōu)選的，所述中間直流環(huán)節(jié)可由2個電容器構(gòu)成。另外，所述第一永磁電機(jī)和第二 永磁電機(jī)可為高速鐵路機(jī)車的同一轉(zhuǎn)向架的兩個三相同步永磁電機(jī)。因此，利用本實(shí)用新型中提供的基于三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機(jī)控制系 統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)由同一三相四橋臂逆變器控制兩個同步永磁電機(jī)，從而減少了永磁電機(jī)控制 系統(tǒng)中開關(guān)器件的數(shù)量、相應(yīng)的驅(qū)動電路和傳感器的數(shù)量，減輕高鐵機(jī)車的重量，利于進(jìn)一 步提高高鐵機(jī)車的速度，進(jìn)而提高列車的實(shí)際可用空間和載重能力。

下面根據(jù)實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的高鐵牽引系統(tǒng)中驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)圖，其中一個三相三橋臂逆變器控制一個同步永磁電機(jī)；圖2是高速鐵路牽引系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換與傳遞示意圖；圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的基于三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機(jī)控制 系統(tǒng)的示意圖；圖4是采用本實(shí)用新型的基于三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的 機(jī)車驅(qū)動系統(tǒng)示意圖。圖中11 14、逆變器；Ml M4、永磁電機(jī)；21、三相四橋臂逆變器；22、中間直流環(huán)節(jié)； 31、三相四橋臂逆變器；32、中間直流環(huán)節(jié)；Cl、電容器；C2、電容器；33、第一橋臂；34、第二 橋臂；35、第三橋臂；36、第四橋臂。
具體實(shí)施方式
以下給出了本實(shí)用新型中提供的基于三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機(jī)控制 系統(tǒng)的一個具體實(shí)施例。圖2是高速鐵路牽引系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換與傳遞示意圖。本實(shí)用新型結(jié)合中間直流環(huán) 節(jié)與三相四橋臂逆變器，實(shí)現(xiàn)由同一個三相四橋臂逆變器控制高鐵機(jī)車中同一轉(zhuǎn)向架的兩 個同步永磁電機(jī)。這樣，使得高鐵機(jī)車中逆變器的數(shù)量減少一半，大大減輕了高鐵機(jī)車的重量。如圖3所示，在本實(shí)用新型提供的基于三相四橋臂逆變器的雙永磁電機(jī)控制系統(tǒng) 中，包括三相四橋臂逆變器31、中間直流環(huán)節(jié)32、第一永磁同步電動機(jī)Ml和第二永磁同步 電動機(jī)M2。在該控制系統(tǒng)中，由中間直流環(huán)節(jié)32的中性點(diǎn)、逆變器31的其中兩個橋臂33、 34的橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第一永磁電機(jī)Ml，由中間直流環(huán)節(jié)32的中性點(diǎn)、該逆變器 31的其余兩個橋臂35、36的橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第二永磁電機(jī)M2。這樣，盡管第一 永磁電機(jī)Ml和第二永磁電機(jī)M2均采用同一中間直流環(huán)節(jié)中性點(diǎn)作為一相輸入，但是可通 過連接至每一個永磁電機(jī)Ml或M2的兩個橋臂利用常規(guī)PWM調(diào)制來實(shí)現(xiàn)對該永磁電機(jī)的控 制。對于每一個永磁電機(jī)Ml或M2而言，由于其使用的兩個橋臂與另一永磁電機(jī)所使用橋臂 不同，所以可以通過獨(dú)立的PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)彼此獨(dú)立的控制。因此該三相四橋臂逆變器可輸 出兩組具有不同頻率、幅度和/或相位的三相正弦波，獨(dú)立控制不同永磁電機(jī)。由此可見， 采用本實(shí)用新型的控制結(jié)構(gòu)，可以通過一個逆變器控制兩個同步永磁電機(jī)(例如650kW大 容量同步永磁電機(jī))工作在不同的狀態(tài)，并依據(jù)列車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時變化，實(shí)現(xiàn)兩個永磁 電機(jī)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出。優(yōu)選的，在上述基于三相四橋臂逆變器的永磁電機(jī)控制系統(tǒng)中，所述中間直流環(huán) 節(jié)可由2個電容器構(gòu)成。所述第一永磁電機(jī)和第二永磁電機(jī)可以為高速鐵路機(jī)車的同一轉(zhuǎn)向架的兩個三 相永磁同步電機(jī)。如圖4所示，為采用本實(shí)用新型的基于三相四橋臂逆變器的永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的 機(jī)車驅(qū)動系統(tǒng)示意圖。從圖中所示，采用本實(shí)用新型后，單個機(jī)車驅(qū)動系統(tǒng)僅采用2個逆變 器，共16個IGBT開關(guān)器件，與采用M個IGBT開關(guān)的現(xiàn)有機(jī)車驅(qū)動系統(tǒng)相比大大減少，相 應(yīng)的控制電路和傳感器的數(shù)量也減少，從而降低了系統(tǒng)成本。此外，控制系統(tǒng)的體積小、重量輕、功率密度顯著提高，使得本實(shí)用新型可作為高速鐵路牽引系統(tǒng)的有利選擇。
權(quán)利要求1.一種基于三相四橋臂逆變器的雙同步永磁電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括三相四 橋臂逆變器和與該逆變器并聯(lián)連接的中間直流環(huán)節(jié)；其中，由中間直流環(huán)節(jié)的中性點(diǎn)、逆 變器四橋臂中的兩個橋臂的各自橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第一永磁電機(jī)，由中間直流環(huán) 節(jié)的中性點(diǎn)、該逆變器四橋臂中另兩個橋臂的各自橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第二永磁電 機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述中間直流環(huán)節(jié)由2個電容器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一永磁電機(jī)和第二永磁 電機(jī)為高速鐵路機(jī)車的同一轉(zhuǎn)向架的兩個三相同步永磁電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于三相四橋臂逆變器的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括三相四橋臂逆變器和與該逆變器并聯(lián)連接的中間直流環(huán)節(jié)；其中，由中間直流環(huán)節(jié)的中性點(diǎn)、逆變器四橋臂中的兩個橋臂的各自橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第一永磁電機(jī)，由中間直流環(huán)節(jié)的中性點(diǎn)、該逆變器四橋臂中另兩個橋臂的各自橋臂中點(diǎn)組成三相而連接至第二永磁電機(jī)。通過本實(shí)用新型，實(shí)現(xiàn)由同一三相四橋臂逆變器控制兩個同步永磁電機(jī)，從而減少了永磁電機(jī)控制系統(tǒng)中開關(guān)器件的數(shù)量、相應(yīng)的驅(qū)動電路和傳感器的數(shù)量，減輕高鐵機(jī)車的重量，利于進(jìn)一步提高高鐵機(jī)車的速度，進(jìn)而提高列車的實(shí)際可用空間和載重能力。
文檔編號H02P6/04GK201910757SQ20112001463
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者宋加旺, 張士光 申請人:北京鵬發(fā)欣光電力電子科技有限公司