一种磁轴承控制系统和磁悬浮系统的制作方法

1.本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种磁轴承控制系统和磁悬浮系统，尤其涉及一种应用于三极磁轴承控制系统、磁悬浮系统、应用于三极磁轴承控制系统的控制方法。


背景技术：

2.在磁悬浮系统中，磁轴承控制系统所需的直流电，由电网经过整流装置转换得到，而整流装置输出侧的直流母线上的直流母线电容的体积庞大，导致系统结构不紧凑，占用空间庞大。
3.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供一种磁轴承控制系统和磁悬浮系统，以解决磁轴承控制系统所需的直流电，由电网经过整流装置转换得到，该转换装置输出侧的直流母线电容的体积庞大，使得磁轴承控制系统的占用空间庞大的问题，达到通过将tsmc作为磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，能够减小磁轴承控制系统的占用空间的效果。
5.本实用新型提供一种磁轴承控制系统中，所述磁轴承，包括：径向轴承和轴向轴承；所述磁轴承控制系统，包括：采集单元、主电路和磁轴承控制器；所述主电路中，采用tsmc；其中，所述采集单元，被配置为采集交流电源的电网电压信号、所述磁轴承的电机转子的转子位移信号、以及所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号；所述磁轴承控制器，被配置为根据所述电网电压信号、所述转子位移信号、以及所述电磁线圈的电流信号，确定所述主电路的控制指令；所述主电路，被配置为根据所述控制指令工作，以对所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号进行调整。
6.在一些实施方式中，所述主电路，包括：整流级、逆变级和轴向功率放大单元；所述整流级采用tsmc整流级，和/或，所述逆变级，采用tsmc逆变级；其中，所述整流级或所述tsmc整流级，被配置为接收交流电源输入的第一交流电，并根据所述控制指令，将所述第一交流电转化为直流电；所述tsmc逆变级或所述逆变级，被配置为根据所述控制指令，对所述直流电进行逆变，得到第二交流电，向所述径向轴承的电磁线圈供电；所述轴向功率放大单元，被配置为以所述直流电为供电电源，根据所述控制指令，向所述轴向轴承的电磁线圈供电。
7.在一些实施方式中，所述主电路，还包括：滤波单元；所述滤波单元，设置在交流电源的输出端与所述整流级或所述tsmc整流级之间，被配置为对所述交流电源输出的交流电进行滤波后，得到第一交流电。
8.在一些实施方式中，所述磁轴承控制系统，还包括：钳位单元；所述钳位单元，设置在所述磁轴承控制系统的整流端与逆变端之间，被配置为对所述整流端输出的直流电进行
钳位处理后，再输出至所述逆变端和所述轴向功率放大单元；所述整流端，为所述整流级或所述tsmc整流级；所述逆变端，为所述逆变级或所述tsmc逆变级。
9.在一些实施方式中，所述tsmc整流级，包括：第一整流开关模块至第六整流开关模块；所述第一整流开关模块至所述第六整流开关模块中的每个开关模块，包括：双向功率开关和单向功率开关。
10.在一些实施方式中，所述轴向功率放大单元，包括：轴向功率放大器；所述轴向功率放大器，包括：第一放大开关模块至第四放大开关模块；所述第一放大开关模块至所述第四放大开关模块，形成两个桥臂；所述磁轴承的轴向轴承的电磁线圈，设置在两个桥臂之间。
11.在一些实施方式中，所述径向轴承，包括：第一径向轴承和第二径向轴承；所述tsmc逆变级，采用所述tsmc五桥臂逆变级；在所述tsmc五桥臂逆变级中，所述第一径向轴承与所述第二径向轴承，共用一个公共桥臂。
12.在一些实施方式中，所述tsmc五桥臂逆变级，包括：第一逆变开关模块至第十逆变开关模块；所述第一逆变开关模块至所述第十逆变开关模块，形成5个桥臂，其中一个公共桥臂；所述第一径向轴承的电磁线圈和所述第二径向轴承的电磁线圈，分别连接至所述5个桥臂中的2个桥臂和1个公共桥臂。
13.与上述装置相匹配，本实用新型再一方面提供一种磁悬浮系统，包括：以上所述的磁轴承控制系统。
14.由此，本实用新型的方案，通过利用tsmc中tsmc整流级，将磁悬浮轴承控制系统中的整流级替换，省去了体积庞大的直流母线电容，能够减小磁轴承控制系统的占用空间。并且，还能够利用tsmc中tsmc逆变级，将磁悬浮轴承控制系统中的逆变级替换，将六路线圈用五桥臂逆变级驱动，减少了开关器件的数量，进一步减小磁轴承控制系统的占用空间，还能节约成本。从而，通过将tsmc作为磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，能够减小磁轴承控制系统的占用空间。
15.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
16.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
17.图1为本实用新型的磁轴承控制系统的一实施例的结构示意图；
18.图2为磁轴承控制系统的一实施例的结构示意图；
19.图3为磁轴承控制系统的主电路的一实施例的结构示意图；
20.图4为磁轴承控制系统的一实施例的协调配置下功率开关驱动信号的示意图；
21.图5为磁轴承控制系统的控制方法的一实施例的流程示意图；
22.图6为本实用新型的磁轴承控制系统的控制方法的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
23.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例
仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在磁悬浮系统中，磁悬浮轴承通过控制电磁力的大小，使得转子悬浮在磁悬浮轴承的控制系统希望的位置，具有无润滑油、无机械摩擦、寿命长等优点，已在离心压缩机、分子泵、飞轮储能等场合有相关应用。
25.相关方案中，在五自由度三极径向磁轴承电机中，两个径向三极磁轴承由两个相同的三桥臂逆变器驱动，磁轴承控制系统所需的直流电，由电网经过整流装置转换得到，而整流装置输出侧的直流母线上的直流母线电容的体积庞大，寿命短，导致磁悬浮系统的结构不紧凑，可靠性不高。
26.双级矩阵变换器(tsmc)，能够输入正弦电流，具有功率因数可调、功率密度高等优点，在结构上可分为ac-dc级(交流-直流，即整流级)和dc-ac级(直流-交流，即逆变级)。与相关方案中ac-dc-ac(交流-直流-交流)变频器不同的是，tsmc的直流环节没有储能元件，使得电路结构更加紧凑，功率密度高。另外，中间直流环节可连接多个逆变级，实现多个逆变级的独立控制。输入电流正弦，对电网谐波污染小；比如，相关方案中二极管整流电路，其输入电流非正弦，输入功率因数低，会给电网带来谐波污染。
27.另外，在一些方案中，用两个直接矩阵变换器控制径向两自由度的六个线圈，所需要的功率开关数量过多，并且轴向轴承的控制还需要额外增加直流电源，导致控制系统成本高、体积庞大。
28.其中，直接矩阵变换器，即矩阵式变换器，是一种新型的交－交电源变换器，可以实现交流电诸参数(相数、相位、幅值、频率)的变换，不需要中间直流储能环节，能够四象限运行，具有优良的输入电流波形和输出电压波形，可自由控制的功率因数。
29.根据本实用新型的实施例，提供了一种磁轴承控制系统。参见图1所示本实用新型的装置的一实施例的结构示意图。所述磁轴承，包括：径向轴承和轴向轴承。所述磁轴承控制系统，包括：采集单元、主电路和磁轴承控制器。所述主电路，与所述磁轴承控制器连接。所述主电路中，采用tsmc。
30.其中，所述采集单元，被配置为采集交流电源的电网电压信号、所述磁轴承的电机转子的转子位移信号、以及所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号。
31.所述磁轴承控制器，被配置为根据所述电网电压信号、所述转子位移信号、以及所述电磁线圈的电流信号，确定所述主电路的控制指令，以根据所述控制指令控制所述主电路工作。
32.所述主电路，被配置为根据所述控制指令工作，以对所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号进行调整。
33.本实用新型的方案，提供一种磁轴承控制系统，如应用于三极磁轴承的控制方案，通过将tsmc作为三极径向磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，将六路线圈用五桥臂逆变级驱动，减少了开关器件的数量。这样，将两个三极径向磁轴承用五桥臂dc-ac级驱动，减少了功率开关的数量，节约了成本。并且，无需中间直流储能元件，减少了系统体积，提高了磁悬浮轴承控制系统的可靠性。
34.在一些实施方式中，所述主电路，包括：整流级、逆变级和轴向功率放大单元，如轴
向功率放大器。所述整流级和所述逆变级，依次设置在交流电源的输出端与磁轴承控制器之间。轴向功率变换器，自整流级的输出端取电，且连接至磁轴承控制器。所述整流级采用tsmc整流级，和/或，所述逆变级，采用tsmc逆变级。当然，使用时，可以根据使用需求，对所述整流级和所述逆变级中的至少一级，采用tsmc级。
35.其中，所述整流级或所述tsmc整流级，设置在交流电源的输出端，被配置为接收交流电源输入的第一交流电，并根据所述控制指令，将所述第一交流电转化为直流电。
36.所述tsmc逆变级或所述逆变级，设置在所述tsmc整流级的输出端，被配置为根据所述控制指令，对所述直流电进行逆变，得到第二交流电，向所述径向轴承的电磁线圈供电。
37.所述轴向功率放大单元，设置在所述整流级或所述tsmc整流级的输出端，被配置为以所述直流电为供电电源，根据所述控制指令，向所述轴向轴承的电磁线圈供电。
38.这样，本实用新型的方案，将双级矩阵变换器分为整流级和逆变级，整流级是将交流电转变为直流电，逆变级将直流电转变为磁轴承所需的电能。五桥臂逆变级结构和控制方法，对于能给逆变级提供直流电的结构都适用。
39.在一些实施方式中，所述主电路，还包括：滤波单元，如lc滤波器。
40.所述滤波单元，设置在交流电源的输出端与所述整流级或所述tsmc整流级之间，被配置为对所述交流电源输出的交流电进行滤波后，得到第一交流电。
41.例如：图2为磁轴承控制系统的一实施例的结构示意图。如图2所示，磁轴承控制系统，三相电网、滤波电路、整流级、轴承控制器、五桥臂逆变级、电机转子、轴向功率变换器。三相电网，能够提供交流电压源。滤波电路，选用滤波器。整流级，选用tsmc整流级。五桥臂逆变级，选用tsmc五桥臂逆变级。
42.在图2所示的例子中，交流电压源，经过滤波器后，连接tsmc整流级。tsmc整流级的输出端，连接tsmc五桥臂逆变级的第一输入端和轴向功率变换器的第一输入端。轴承控制器，连接tsmc整流级。轴承控制器，还连接交流电压源、tsmc五桥臂逆变级、电机转子和轴承功率变换器。由tsmc五桥臂逆变级，驱动两个径向三极轴承的径向6个电磁线圈，轴向功率放大器驱动轴向轴承的轴向电磁线圈。轴承控制器由交流电压源供电，通过采集三相电网的电压信号、电机的转子位移信号、以及轴向轴承和径向轴承的电磁线圈电流信号，经过一定的算法得到tsmc和轴向功率放大器的功率开关驱动信号，从而控制输出，得到维持转子稳定悬浮所需要的电流。
43.其中，该算法，可以包括：首先，采集到的转子位移信号，经过位移环控制算法(如pid+滤波器控制，或lqg控制，或鲁棒控制等)，得到线圈的参考电流；然后，将线圈电流参考电流与采集到线圈的电流信号经过电流环算法(一般为pid控制)得到tsmc的输出电压参考；最后，将三相电网电压信号与tsmc输出电压参考信号通过空间矢量调制算法得到功率开关驱动信号。
44.相关方案中，采用三相逆变器来控制三极轴承，径向轴承由2个逆变器供电，需要12个功率开关。而本实用新型的方案，tsmc五桥臂逆变级中2个径向线圈共用了一相共用桥臂，一共为10个功率开关，可以减少2个功率开关。而且，本实用新型的方案，不存在直流侧大电容储能环节，提高了磁悬浮轴承控制系统的可靠性。
45.与相关方案中有矩阵变换器为主电路的方案相比，本实用新型的方案，轴向功率
放大器直接接在tsmc整流级后的直流环节上，不需要额外提供直流电源。另外，相关方案中，有矩阵变换器为主电路的技术由18个双向开关构成，需要36路开关驱动控制信号。本实用新型的方案，由6个双向开关和10个单向开关组成，需要的开关驱动控制信号为22路，采用本实用新型的方案可以降低控制成本。
46.在一些实施方式中，所述磁轴承控制系统，还包括：钳位单元，如钳位电路。
47.其中，所述钳位单元，设置在所述磁轴承控制系统的整流端与逆变端之间，被配置为对所述整流端输出的直流电进行钳位处理后，再输出至所述逆变端和所述轴向功率放大单元。
48.所述整流端，为所述整流级或所述tsmc整流级。所述逆变端，为所述逆变级或所述tsmc逆变级。
49.图3为磁轴承控制系统的主电路的一实施例的结构示意图，具体是本实用新型的方案提出的五自由度磁轴承控制系统的主电路拓扑结构。如图3所示，磁轴承控制系统的主电路，包括：三相电网、lc滤波器、整流级(优选为tsmc整流级)、钳位电路、五桥臂逆变级(优选为tsmc五桥臂逆变级)和轴向功率放大器。
50.在图3所示的例子中，三相电网输入三相交流电，如输入三相交流电压ua、ub和uc。lc滤波器，由分别与三相交流电压的三相线路连接的电感和电容构成。
51.在图3所示的例子中，钳位电路位于中间直流环节，由二极管、小容量电解电容和泄放电阻组成，用于保护主电路。
52.在一些实施方式中，所述tsmc整流级，包括：第一整流开关模块至第六整流开关模块(如6个功率开关)。所述第一整流开关模块至所述第六整流开关模块中的每个开关模块，包括：双向功率开关和单向功率开关。
53.在图3所示的例子中，tsmc整流级，由6个功率开关构成，将输入三相交流电转为直流电。在tsmc整流级中，当需要能量双向流动时，6个功率开关为双向开关。若不需要能量由逆变级流回整流级时，6个功率开关为单向开关。6个功率开关，包括：开关s
ap
、开关s
bp
、开关s
cp
、开关s
an
、开关s
bn
、开关s
cn
。6个功率开关构成整流桥，开关s
ap
与开关s
an
形成一个桥臂，开关s
bp
与开关s
bn
形成一个桥臂，开关s
cp
与开关s
cn
形成一个桥臂。第一相电压ua的输出端经电感后连接至的开关s
ap
与开关s
an
的公共端，第二相电压ub的输出端经电感后连接至的开关s
bp
与开关s
bn
的公共端，第三相电压uc的输出端经电感后连接至的开关s
cp
与开关s
cn
的公共端。
54.在一些实施方式中，所述轴向功率放大单元，包括：轴向功率放大器。所述轴向功率放大器，包括：第一放大开关模块至第四放大开关模块(如4个带反并联二极管的功率开关管)。所述第一放大开关模块至所述第四放大开关模块，形成两个桥臂。所述磁轴承的轴向轴承的电磁线圈，设置在两个桥臂之间。
55.在图3所示的例子中，轴向功率放大器，由4个带反并联二极管的功率开关管组成，用于将直流电转变为控制轴向线圈所需的交流电。4个带反并联二极管的功率开关管，如功率开关管s1，功率开关管s2，功率开关管s3和功率开关管s4。功率开关管s1和功率开关管s2形成一个桥臂，功率开关管s3和功率开关管s4形成一个桥臂。轴向轴承的电磁线圈连接在两个桥臂的中点之间。
56.在一些实施方式中，所述径向轴承，包括：第一径向轴承和第二径向轴承。例如：第
一径向轴承为径向轴承1，第二径向轴承为径向轴承2。
57.所述tsmc逆变级，采用所述tsmc五桥臂逆变级。在所述tsmc五桥臂逆变级中，所述第一径向轴承与所述第二径向轴承，共用一个公共桥臂。
58.这样，本实用新型的方案，提出了一种磁轴承控制系统，如基于双级矩阵变换器的三极径向磁轴承控制系统，将两个径向三极轴承用五相逆变级驱动，减少了开关管数量，降低了控制成本，省去中间储能大电容，提高了系统的紧凑性和可靠性，同时减少了功率开关的数量，具有无中间储能环节，结构紧凑等优点。除了省去中间储能大电容之外，2个径向线圈共用了一相共用桥臂，可以减少2个功率开关，在图3所示的例子中，桥臂c为共用桥臂。在此基础上，本实用新型的方案提出了一种控制方法，用以提高电压利用率和获得较好的动态性能。
59.在一些实施方式中，所述tsmc五桥臂逆变级，包括：第一逆变开关模块至第十逆变开关模块(如10个带反并联二极管的功率开关管)。所述第一逆变开关模块至所述第十逆变开关模块，形成5个桥臂，其中一个公共桥臂。所述第一径向轴承的电磁线圈和所述第二径向轴承的电磁线圈，分别连接至所述5个桥臂中的2个桥臂和1个公共桥臂。
60.在图3所示的例子中，五桥臂逆变级，即tsmc五桥臂逆变级，由10个带反并联二极管的功率开关管组成，用于将直流电转变为控制径向线圈所需的交流电。10个带反并联二极管的功率开关管，如功率开关管s
ap
，功率开关管s
bp
，功率开关管s
cp
，功率开关管s
dp
，功率开关管s
ep
，功率开关管s
an
，功率开关管s
bn
，功率开关管s
cn
，功率开关管s
dn
，功率开关管s
en
。功率开关管s
ap
和功率开关管s
an
形成a桥臂，功率开关管s
bp
和功率开关管s
bn
形成b桥臂，功率开关管s
cp
和功率开关管s
cn
形成c桥臂，功率开关管s
dp
和功率开关管s
dn
形成d桥臂，功率开关管s
ep
和功率开关管s
en
形成e桥臂。径向轴承1和径向轴承2分别为前径向轴承和后径向轴承。为了减少功率器件的数量，将一路桥臂(c桥臂)作为公共桥臂，同时驱动径向轴承1和径向轴承2的两个电磁线圈，即采用五个桥臂(即a桥臂、b桥臂、c桥臂、d桥臂、e桥臂)同时控制两个径向轴承。径向轴承1的3个电磁线圈，分别连接至a桥臂、b桥臂、c桥臂的中点。径向轴承2的3个电磁线圈，分别连接至c桥臂、d桥臂、e桥臂的中点。
61.经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过利用tsmc中tsmc整流级，将磁悬浮轴承控制系统中的整流级替换，省去了体积庞大的直流母线电容，能够减小磁轴承控制系统的占用空间。并且，还能够利用tsmc中tsmc逆变级，将磁悬浮轴承控制系统中的逆变级替换，将六路线圈用五桥臂逆变级驱动，减少了开关器件的数量，进一步减小磁轴承控制系统的占用空间，还能节约成本。从而，通过将tsmc作为磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，能够减小磁轴承控制系统的占用空间。
62.根据本实用新型的实施例，还提供了对应于磁轴承控制系统的一种磁悬浮系统。该磁悬浮系统可以包括：以上所述的磁轴承控制系统。
63.由于本实施例的磁悬浮系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
64.经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过将tsmc作为三极径向磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，无需中间直流储能元件，减少了系统体积，提高了磁悬浮轴承控制系统的可靠性。
65.根据本实用新型的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的一种磁轴承控制系统的控制方法，如图6所示本实用新型的方法的一实施例的流程示意图。该磁轴承控制系统的控制方法可以包括：步骤s110至步骤s130。
66.在步骤s110处，通过采集单元，采集交流电源的电网电压信号、所述磁轴承的电机转子的转子位移信号、以及所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号。
67.在步骤s120处，通过磁轴承控制器，根据所述电网电压信号、所述转子位移信号、以及所述电磁线圈的电流信号，确定所述主电路的控制指令，以根据所述控制指令控制所述主电路工作。
68.在步骤s130处，通过主电路，根据所述控制指令工作，以对所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号进行调整。
69.其中，所述磁轴承，包括：径向轴承和轴向轴承。所述磁轴承控制系统，包括：采集单元、主电路和磁轴承控制器。所述主电路，与所述磁轴承控制器连接。所述主电路中，采用tsmc。
70.图4为磁轴承控制系统的控制方法的一实施例的流程示意图。如图4所示，本实用新型的方案提出的一种磁轴承控制系统的控制方法，主要包括如下步骤：
71.第一步：位移传感器采集转子在径向与轴向上的位移信号，经过相关电路处理后送入轴承控制器中，经过位移环的相关算法处理后得到各路线圈的电流给定信号。
72.相关电路处理，包括：位移传感器采集到的信号以电压信号作为输出，其中包含干扰信号，一般要经过限幅和滤波电路处理后才会送至轴承控制器进行计算。
73.相关算法处理，包括：采集到的转子位移信号经过位移环控制算法(比如pid+滤波器控制，或lqg控制，或鲁棒控制等)得到线圈的参考电流。
74.第二步：电流传感器采集径向轴承1、径向轴承2和轴向轴承的电磁线圈的电流信号，经过相关电路处理后送入轴承控制器中，与第一步计算得到的电流给定信号进行比较，经过电流环的相关算法得到tsmc五桥臂逆变器和轴向功放的输出电压给定信号。
75.第三步：采集电压源电压信号，经过相关电路处理后送入轴承控制器中，用于计算得到tsmc整流级开关信号，结合第二步输出电压给定信号计算得到控制tsmc五桥臂逆变器(即tsmc五桥臂逆变级)和轴向功放的开关信号。
76.第四步：将开关信号经驱动电路送至各功率开关，达到对各个线圈电磁力的控制，从而使得转子稳定悬浮。
77.本实用新型的方案，提供一种磁轴承控制系统，如应用于三极磁轴承的控制方案，通过将tsmc作为三极径向磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，将六路线圈用五桥臂逆变级驱动，减少了开关器件的数量。这样，将两个三极径向磁轴承用五桥臂dc-ac级驱动，减少了功率开关的数量，节约了成本。并且，无需中间直流储能元件，减少了系统体积，提高了磁悬浮轴承控制系统的可靠性。
78.在一些实施方式中，所述主电路，包括：整流级、逆变级和轴向功率放大单元，如轴向功率放大器。所述整流级和所述逆变级，依次设置在交流电源的输出端与磁轴承控制器之间。轴向功率变换器，自整流级的输出端取电，且连接至磁轴承控制器。所述整流级采用tsmc整流级，和/或，所述逆变级，采用tsmc逆变级。当然，使用时，可以根据使用需求，对所述整流级和所述逆变级中的至少一级，采用tsmc级。这样，本实用新型的方案，将双级矩阵
变换器分为整流级和逆变级，整流级是将交流电转变为直流电，逆变级将直流电转变为磁轴承所需的电能。五桥臂逆变级结构和控制方法，对于能给逆变级提供直流电的结构都适用。
79.其中，步骤s130中通过磁轴承控制器，根据所述电网电压信号、所述转子位移信号、以及所述电磁线圈的电流信号，确定所述主电路的控制指令，包括：
80.确定所述tsmc整流级的控制指令时，按将交流电源输入的三相交流电划分为设定数量个区间。每个区间存在一相的电压绝对值最大、且其余两相的电压极性与该绝对值最大的电压的极性相反。在任一个区间内，所述tsmc整流级在一个开关周期里输出两个幅值最大的线电压。
81.确定所述tsmc逆变级时，根据所述tsmc整流级输出的平均电压信号和给定电压信号，对所述tsmc逆变级中的公共桥臂的占空比信号进行分配。
82.在图4所示的例子中，第三步中，tsmc整流级和tsmc五桥臂逆变级开关信号的计算方法具体包括：
83.整流级：将输入三相电划分为6个区间，划分原则为每一个区间都存在一相的电压绝对值最大，其余两相电压极性与之相反。在任意一个区间内，tsmc整流级在一个开关周期里输出两个幅值最大的线电压。图5为磁轴承控制系统的一实施例的协调配置下功率开关驱动信号的示意图。如图5所示，以输出的两个线电压为u
bc
和u
ba
为例，对应的矢量为x10和01x(其中“x”代表该桥臂上下层功率开关同时关断，“0”代表该桥臂上层功率开关关断，下层功率开关导通。“1”表示该桥臂上层功率开关导通，下层功率开关关断)，那么线电压的占空比为d
bc
＝-uc/ub，d
ba
＝-ua/ub，在一个开关周期内，整流级输出的平均电压为u
pn
＝d
bcubc
+d
bauba
。整流级各个功率开关的占空比信号可由线电压占空比得到。
84.tsmc五桥臂逆变级：因为c相为公共桥臂，为了得到电压最大利用率，在控制时需要对它的占空比信号进行合理分配。根据整流级平均电压和输出电压给定信号按照svpwm控制计算出各个功率开关的占空比信号，假设c桥臂上层功率开关导通的占空比分别为d
cp1
和d
cp2
，下层功率开关导通的占空比分别为d
cn1
和d
cn2
，其中d
cp1
+d
cn1
≤1，d
cp2
+d
cn2
≤1。取d
cp
＝max{d
cp1
，d
cp2
}，d
cn
＝max{d
cn1
，d
cn2
}。若d
cp
+d
cn
≤1，表明桥臂c可以同时实现两个线圈的控制互不影响。若d
cp
+d
cn
》1，表明桥臂c已经不能够同时满足两个线圈的控制需求，为了让系统能够正常工作，需要对占空比信号进行折中处理。
85.取η＝1/(d
cp
+d
cn
)，d
cp
和d
cn
对应线圈的6个功率开关占空比同时减少η倍，这样就得到了折中处理后逆变级各个功率开关的占空比信号。最后将整流级与逆变级协调控制，得到逆变级最终开关作用顺序。
86.为了进一步说明所提出的调制策略，如图5所示，假设一个开关周期里，经过svpwm计算后，径向轴承1对应的矢量为100和101(其中“0”代表该桥臂上层功率开关关断，下层功率开关导通。“1”表示该桥臂上层功率开关导通，下层功率开关关断)，占空比为d1，d2。径向轴承2对应的矢量为100和110，占空比为d3，d4，那么d
cp1
＝d2，d
cp2
＝d3+d4，d
cn1
＝d1，d
cn2
＝0。如图5所示，图5为整流级输出线电压u
bc
和u
ba
，d2》d3，d
cp1
《d
cp2
，且d
cp2
+d
cn1
》1时，经过协调配置后的开关作用顺序及占空比。
87.这样，本实用新型的方案，提出的一种基于tsmc的磁轴承控制系统主电路拓扑，该拓扑无需中间储能环节，可以减少体积，提高可靠性。tsmc五桥臂逆变级两个径向轴承的电
磁线圈具有一相公共桥臂，和相关方案中采用2个三相逆变器驱动结构相比可以减少2个功率开关。在该基于tsmc的磁轴承控制系统主电路拓扑的基础上，提出了一种控制方法，通过对公共桥臂c的占空比进行控制，来达到最大电压利用率。
88.由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁轴承控制系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
89.经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过将tsmc作为三极径向磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，将两个三极径向磁轴承用五桥臂dc-ac级驱动，将六路线圈用五桥臂逆变级驱动，减少了开关器件的数量，节约了成本。
90.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
91.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种磁轴承控制系统，其特征在于，所述磁轴承，包括：径向轴承和轴向轴承；所述磁轴承控制系统，包括：采集单元、主电路和磁轴承控制器；所述主电路中，采用tsmc；其中，所述采集单元，被配置为采集交流电源的电网电压信号、所述磁轴承的电机转子的转子位移信号、以及所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号；所述磁轴承控制器，被配置为根据所述电网电压信号、所述转子位移信号、以及所述电磁线圈的电流信号，确定所述主电路的控制指令；所述主电路，被配置为根据所述控制指令工作，以对所述径向轴承和所述轴向轴承的电磁线圈的电流信号进行调整。2.根据权利要求1所述的磁轴承控制系统，其特征在于，所述主电路，包括：整流级、逆变级和轴向功率放大单元；所述整流级采用tsmc整流级，和/或，所述逆变级，采用tsmc逆变级；其中，所述整流级或所述tsmc整流级，被配置为接收交流电源输入的第一交流电，并根据所述控制指令，将所述第一交流电转化为直流电；所述tsmc逆变级或所述逆变级，被配置为根据所述控制指令，对所述直流电进行逆变，得到第二交流电，向所述径向轴承的电磁线圈供电；所述轴向功率放大单元，被配置为以所述直流电为供电电源，根据所述控制指令，向所述轴向轴承的电磁线圈供电。3.根据权利要求2所述的磁轴承控制系统，其特征在于，所述主电路，还包括：滤波单元；所述滤波单元，设置在交流电源的输出端与所述整流级或所述tsmc整流级之间，被配置为对所述交流电源输出的交流电进行滤波后，得到第一交流电。4.根据权利要求2或3所述的磁轴承控制系统，其特征在于，所述磁轴承控制系统，还包括：钳位单元；所述钳位单元，设置在所述磁轴承控制系统的整流端与逆变端之间，被配置为对所述整流端输出的直流电进行钳位处理后，再输出至所述逆变端和所述轴向功率放大单元；所述整流端，为所述整流级或所述tsmc整流级；所述逆变端，为所述逆变级或所述tsmc逆变级。5.根据权利要求2或3所述的磁轴承控制系统，其特征在于，所述tsmc整流级，包括：第一整流开关模块至第六整流开关模块；所述第一整流开关模块至所述第六整流开关模块中的每个开关模块，包括：双向功率开关和单向功率开关。6.根据权利要求2或3所述的磁轴承控制系统，其特征在于，所述轴向功率放大单元，包括：轴向功率放大器；所述轴向功率放大器，包括：第一放大开关模块至第四放大开关模块；所述第一放大开关模块至所述第四放大开关模块，形成两个桥臂；所述磁轴承的轴向轴承的电磁线圈，设置在两个桥臂之间。7.根据权利要求2或3所述的磁轴承控制系统，其特征在于，所述径向轴承，包括：第一径向轴承和第二径向轴承；所述tsmc逆变级，采用所述tsmc五桥臂逆变级；在所述tsmc五桥臂逆变级中，所述第一径向轴承与所述第二径向轴承，共用一个公共桥臂。8.根据权利要求7所述的磁轴承控制系统，其特征在于，所述tsmc五桥臂逆变级，包括：
第一逆变开关模块至第十逆变开关模块；所述第一逆变开关模块至所述第十逆变开关模块，形成5个桥臂，其中一个公共桥臂；所述第一径向轴承的电磁线圈和所述第二径向轴承的电磁线圈，分别连接至所述5个桥臂中的2个桥臂和1个公共桥臂。9.一种磁悬浮系统，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的磁轴承控制系统。

技术总结
本实用新型公开了一种磁轴承控制系统和磁悬浮系统，该装置包括：采集单元、主电路和磁轴承控制器；主电路中，采用TSMC；其中，采集单元，被配置为采集交流电源的电网电压信号、磁轴承的电机转子的转子位移信号、以及径向轴承和轴向轴承的电磁线圈的电流信号；磁轴承控制器，被配置为根据电网电压信号、转子位移信号、以及电磁线圈的电流信号，确定主电路的控制指令；主电路，被配置为根据控制指令工作，以对径向轴承和轴向轴承的电磁线圈的电流信号进行调整。该方案，通过将TSMC作为磁轴承控制系统中功率放大器的主电路，能够减小磁轴承控制系统的占用空间。统的占用空间。统的占用空间。


技术研发人员：林润方 贺永玲 孙建东 郑安琪
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2021.05.27
技术公布日：2022/5/25