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關(guān)于研旭
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服務(wù)支持
六相開(kāi)繞組永磁同步雙機(jī)組直流回饋并聯(lián)系統(tǒng)
關(guān)鍵詞：
DAB隔離
T型三電平整流
直流并聯(lián)回饋
6相開(kāi)繞組
所屬分類：
解決方案
電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)
直流回饋式電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
電力電子功率硬件設(shè)計(jì)
雙三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（六相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）
聯(lián)系我們
方案介紹
概述
六相開(kāi)繞組永磁同步雙機(jī)組直流回饋并聯(lián)系統(tǒng)由兩組六相開(kāi)繞組永磁同步對(duì)拖機(jī)組，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用SIC碳化硅六相開(kāi)繞組H橋驅(qū)動(dòng)，24路PWM，12路功率線路，發(fā)電機(jī)采用IGBT六相開(kāi)繞組H橋整流，24路PWM,12路功率線路，驅(qū)動(dòng)機(jī)組的直流母線，采用三相三電平整流器穩(wěn)壓到700V，發(fā)電機(jī)回饋的整流母線，由DAB雙向DCDC變換器與驅(qū)動(dòng)側(cè)直流母線進(jìn)行了隔離。其功率硬件部分采用DSP+FPGA控制器進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)開(kāi)放，可以進(jìn)行系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行研究。
系統(tǒng)拓?fù)淙缦滤荆?/strong>
圖1 六相開(kāi)繞組永磁同步雙機(jī)組直流回饋并聯(lián)系統(tǒng)
實(shí)物系統(tǒng)如圖：
圖2 實(shí)物系統(tǒng)圖1
圖3 實(shí)物系統(tǒng)圖2
2、系統(tǒng)特點(diǎn)
- 系統(tǒng)機(jī)組為兩組六相開(kāi)繞組對(duì)拖機(jī)組。
- 直流母線由三相T型三電平整流器組成。
- 回饋直流母線由隔離型雙向有源全橋DC/DC(DAB)組成。
- 驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用碳化硅SIC 六相開(kāi)繞組H橋逆變 ，24路PWM控制。
- 發(fā)電機(jī)采用IGBT 六相開(kāi)繞組H橋整流 ，24路PWM控制。
- 驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆變器與發(fā)電機(jī)的整流器采用DSP+FPGA控制。
- 系統(tǒng)采用YXPHM開(kāi)放式功率硬件，硬件系統(tǒng)開(kāi)放，可靠。
- 系統(tǒng)由統(tǒng)一的監(jiān)控管理，以及多路電流，溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與錄波系統(tǒng)。
- 系統(tǒng)提供算法樣例供快速評(píng)估或者迭代。
3、系統(tǒng)主要設(shè)備特點(diǎn)
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序號(hào) |
設(shè)備 |
特點(diǎn) |
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1 |
六相開(kāi)繞組永磁同步對(duì)拖機(jī)組 |
1、兩套 2、電機(jī)功率30KW，轉(zhuǎn)速1500RPM，水冷機(jī)組 3、多路溫度傳感器 4、轉(zhuǎn)矩傳感器 |
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2 |
三電平三相AC/DC變流模塊（60kW，IGBT） |
額定功率：60kW 最大輸入視在功率：66kVA 直流電壓范圍：（600-750）VDC 直流電流：90A 額定交流電壓：3+N+PE 380VAC 額定頻率：50Hz 交流電流：90A 功率因數(shù)：-0.8~+0.8 并網(wǎng)THDi：＜3%（額定滿功率） 最大開(kāi)關(guān)頻率：20kHz 效率：96% 拓?fù)洌?/font>T型三電平(非隔離) 工作溫度范圍：-25至60℃（環(huán)溫＞45℃降額） 溫度監(jiān)測(cè)：關(guān)鍵器件、冷卻參數(shù)設(shè)置必要的溫度監(jiān)測(cè)。 防護(hù)等級(jí)：IP20 風(fēng)冷方式：強(qiáng)制風(fēng)冷 |
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3 |
隔離型雙向有源全橋DC/DC(60kW、SIC) |
額定功率： 60kW 輸入電壓: 700VDC 輸入電流: 80A 輸出電壓: 700VDC 輸出電流: 80A 變壓器變比: 1:1 響應(yīng)時(shí)間: ≯40ms 最大開(kāi)關(guān)頻率: 60kHz 效率: 96% 工作環(huán)境溫度: -25至60℃ 冷卻方式: 強(qiáng)制風(fēng)冷 溫度監(jiān)測(cè): 關(guān)鍵器件、冷卻參數(shù)設(shè)置必要的溫度監(jiān)測(cè). 防護(hù)等級(jí): IP20 |
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4 |
六相H橋逆變器(30kW、SIC) |
兩套 額定功率: 30kW 輸入電壓: 700VDC 輸入電流： 45A 輸出電壓范圍：（0~450）VAC 輸出電流范圍：（0~25）A 最大開(kāi)關(guān)頻率：60KHz 工作環(huán)境溫度：-25至60℃ 功率器件： SiC功率器件 控制器： DSP+FPGA（控制器和主功率電路部分電氣隔離） 具備底層6相PWM脈沖輸出，且開(kāi)放底層代碼 保護(hù)功能： 開(kāi)關(guān)管上下兩管直通鎖定輸出，相電流過(guò)流保護(hù)，相短路保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，直流母線過(guò)壓保護(hù)。 信號(hào)測(cè)量功能：直流母線輸入電壓、六相相電流、旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)。 冷卻方式：強(qiáng)制風(fēng)冷 溫度測(cè)試：關(guān)鍵器件、冷卻參數(shù)設(shè)置必要的溫度測(cè)點(diǎn)。 防護(hù)等級(jí)：IP20 |
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5 |
六相H橋整流橋（30kW、IGBT） |
兩套 額定功率： 30kW 輸入電壓范圍： （0~450）VAC 輸入電流范圍： （0~25）A 輸出電壓： 700VDC 輸出電流范圍：45A 最大開(kāi)關(guān)頻率：10KHz 工作環(huán)境溫度：-25至60℃ 功率器件： IGBT模塊 控制器：DSP+FPGA（控制器和主功率電路部分電氣隔離）做好完整控制程序。 保護(hù)功能： 開(kāi)關(guān)管上下兩管直通鎖定輸出，相電流過(guò)流保護(hù)，相短路保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，直流母線過(guò)壓保護(hù)。 信號(hào)測(cè)量功能：直流母線輸入電壓、六相相電流、旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)。 冷卻方式： 強(qiáng)制風(fēng)冷 溫度測(cè)試： 關(guān)鍵器件、冷卻參數(shù)設(shè)置必要的溫度測(cè)點(diǎn)。 防護(hù)等級(jí)： IP20 |
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6 |
開(kāi)放式功率硬件開(kāi)發(fā)系統(tǒng) |
1、DSP工程 2、系統(tǒng)調(diào)試 3、兩套機(jī)組直流側(cè)的并網(wǎng)控制例程 |
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7 |
電機(jī)測(cè)試管理系統(tǒng) |
1、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理 轉(zhuǎn)矩、扭矩實(shí)時(shí)波形顯示、記錄，變流器電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)記錄 2、負(fù)載加載可編程控制。可以通過(guò)軟件下發(fā)預(yù)設(shè)加載數(shù)值與加載曲線。 |
4、主要設(shè)備參考說(shuō)明
4.1 六相開(kāi)繞組永磁同步機(jī)組
六相開(kāi)繞組永磁同步機(jī)組如圖4
圖4 對(duì)拖平臺(tái)參考圖
4.2 三相T型三電平AC/DC變換器
主要參數(shù)如下：
主電路拓?fù)涫疽馊鐖D5所示，為三電平中T型拓?fù)洹?/p>
圖5 主電路T型拓?fù)涫疽?/p>
圖5為三相T型三電平AC/DC逆變器內(nèi)部功能框圖示意：主控CPU采用目前流行的DSP，型號(hào)為T(mén)I公司的TMS320F28335，其32位浮點(diǎn)處理能力，非常適用于變流器控制場(chǎng)合。當(dāng)然主控器也可以采用其他CPU或者RCP控制器。通過(guò)傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過(guò)特定的算法，輸出PWM調(diào)制波控制開(kāi)關(guān)器件，從而可以實(shí)現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動(dòng)。
圖 6 三相T型三電平AC/DC逆變器內(nèi)部功能框圖示意
4.3 六相電機(jī)驅(qū)動(dòng)變流模塊
主要參數(shù)如下：
注：功率硬件采用SIC方案。
六相電機(jī)驅(qū)動(dòng)變流模塊的主電路拓?fù)涫疽鈭D：
圖7 六相電機(jī)驅(qū)動(dòng)變流模塊主電路拓?fù)涫疽?/p>
上圖顯示主電路拓?fù)錇榱鄡呻娖綐蚴郊軜?gòu)，功率開(kāi)關(guān)器件采用SIC功率模塊。本項(xiàng)目中為開(kāi)繞組方案，因此一個(gè)六相開(kāi)繞組電機(jī)需要兩個(gè)以上模塊，控制器需要同時(shí)控制24路PWM。
主控CPU采用目前流行的DSP+FPGA架構(gòu)，DSP型號(hào)為T(mén)I公司的TMS320F28377D，其200M雙核32位浮點(diǎn)處理能力，非常適用于變流器控制場(chǎng)合,FPGA采用xilinx公司Spartan6系列的XC6SLX16-2CSG324。通過(guò)FPGA采集六相交流電流、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過(guò)特定的算法，輸出PWM占空比傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA專用PWM模塊輸出PWM實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。
功率模塊硬件板卡方面主要由主控單元、采集調(diào)理單元、功率單元（包含功率模塊、散熱器、電容板、驅(qū)動(dòng)單元等）、接口單元等組成。
4.4 雙向DC/DC (隔離型雙向有源全橋DC/DC)
主要參數(shù)如下：
雙向DC-DC變換器（DAB）可以雙象限運(yùn)行，其輸入、輸出電壓極性不變，而輸入、輸出電流的方向可改變。由于其在功能上相當(dāng)于兩個(gè)單向DC-DC變換器，具有總器件數(shù)目少、體積重量小、效率高和能夠更快速性地進(jìn)行兩個(gè)方向功率流向轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，
隔離型雙向DC-DC變換器在輸入、輸出側(cè)之間有高頻變壓器，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的電氣隔離，通過(guò)合適的變壓器變比設(shè)計(jì)可匹配不同的電壓等級(jí)，拓寬了升、降壓范圍。
其主拓?fù)涫疽馊鐖D8所示
圖8雙向DC/DC主電路拓?fù)涫疽?/p>
圖9 DAB模塊功率單元實(shí)物示意圖
人機(jī)界面
圖10 DAB人機(jī)界面示意圖
雙向DC-DC變換器（DAB）模塊具備7寸觸控液晶屏，人機(jī)界面與變流模塊通訊交互，可觀測(cè)變流器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并設(shè)定控制模式、電流電壓值等。
4.5六相H橋整流器
六相H橋整流器的參數(shù)主要如下：
六相H橋整流器的主電路拓?fù)涫疽鈭D：
圖11 六相H橋整流器主電路拓?fù)涫疽?/strong>
主控CPU采用目前流行的DSP+FPGA架構(gòu)，DSP型號(hào)為T(mén)I公司的TMS320F28377D，其200M雙核32位浮點(diǎn)處理能力，非常適用于變流器控制場(chǎng)合,FPGA采用xilinx公司Spartan6系列的XC6SLX16-2CSG324。通過(guò)FPGA采集六相交流電流、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過(guò)特定的算法，輸出PWM占空比傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA專用PWM模塊輸出PWM實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。
4.6 電機(jī)測(cè)試管理系統(tǒng)
電機(jī)測(cè)試管理系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)加載機(jī)組的監(jiān)控管理，其主要功能讀取轉(zhuǎn)矩傳感器、加載電機(jī)變流器等相關(guān)數(shù)據(jù)，顯示轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)波形，電壓、電流、功率等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)可以錄波，并進(jìn)行導(dǎo)出。
通過(guò)與變流器通信，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載可編程，可以按照指定曲線進(jìn)行加載。進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)加載系統(tǒng)的自動(dòng)化。例如可以進(jìn)行進(jìn)行突加載、突減載等相關(guān)測(cè)試。
其界面如圖所示
圖12 電機(jī)測(cè)試管理系統(tǒng)
微信公眾號(hào)
