CN107196575A - 一种开关磁阻电动机变流器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种开关磁阻电动机变流器及其控制方法，变流器由两个电感、六个二极管、五个开关管、三个电容器、三相绕组组合而成，第一开关管和第二开关管的开关控制实现供电电源电压的宽范围调节，第一电容器可有效加快相绕组电流关断速度，整个***结构简单功能多样，超高速以下工况时仅由一个开关管为PWM控制方式，减小了开关损耗；本发明的变流器非常适合于宽速度范围、高效率需求、性价比高的电动机调速***中应用。

Description

一种开关磁阻电动机变流器及其控制方法
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机领域，具体涉及一种通过硬件电路实现电源电压宽范围调节以及简易变流电路并能快速关断电流的开关磁阻电动机变流器及其简易控制模式。
背景技术
开关磁阻电动机结构简单坚固，转子上无绕组、无永磁体，成本低，具有广阔的应用前景。
开关磁阻电动机无法自启动及运行，而变流器是其起动和运行的中枢。
传统的不对称半桥式变流器，开关管数量众多，结构复杂。
开关磁阻电动机运行是根据转子相对定子的实时位置信息而各绕组分别供电的，从而确保产生正向转矩，并且到关断时必须快速关断，防止产生反向转矩即制动转矩，但相绕组由于相当于一个电感元件，关断时要给其储存的磁能一个释放的通路，所以往往要提前关断连接该相绕组的开关管，以利于储能的释放，否则储能释放时的电流会产生制动转矩。
开关磁阻电动机的控制方式，主流的有电流PWM、电压PWM、开关角控制三类，前两类极大的加大了开关管的开关损耗，后者则增加了控制***的复杂度，需要很长的运算时间，尤其面对超高速运行场合，对控制器的要求很高。
开关磁阻电动机本身比较适应高速运行，为了适应不同速度要求，对调速***的要求中，更宽的调速范围是业界期待的。
发明内容
根据以上的背景技术，本发明就提出了一种变流电路结构简单、快速关断相电流、低开关损耗的宽范围调节电源电压以便大范围调速的开关磁阻电动机变流器及其控制方法。
本发明的技术方案为：
一种开关磁阻电动机变流器，由两个电感、六个二极管、五个开关管、三个电容器、三相绕组组成，其技术特征是，所述第一电感一端与所述第一二极管阴极连接，并作为变流器输入直流电源的正极，第一电感另一端连接所述第一开关管阳极和所述第二二极管阳极，第二二极管阴极连接所述第二电容器正极和所述第二开关管阳极，第二开关管阴极连接所述第二电感一端和所述第三二极管阴极，第三二极管阳极连接所述第三电容器负极、所述第三开关管阴极、所述第四开关管阴极、所述第五开关管阴极，第三开关管阳极连接所述第一相绕组一端和所述第四二极管阳极，第四开关管阳极连接所述第二相绕组一端和所述第五二极管阳极，第五开关管阳极连接所述第三相绕组一端和所述第六二极管阳极，第一二极管阳极连接所述第一电容器正极、第四二极管阴极、第五二极管阴极、第六二极管阴极，第一电容器负极连接第一开关管阴极、第二电容器负极、第二电感另一端、第三电容器正极、第一相绕组另一端、第二相绕组另一端、第三相绕组另一端，并作为变流器输入直流电源的负极。
一种开关磁阻电动机变流器的控制方法，其特征是，指五个开关管的开关控制方法；其中第一开关管和第二开关管的开关控制，具体分为四种工作模式：
(1)第一开关管断开状态，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比小于二分之一；
(2)第一开关管断开状态，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比等于二分之一；
(3)第一开关管断开状态，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比大于二分之一；
(4)第一开关管斩波PWM控制方式，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比大于二分之一；
第三开关管、第四开关管、第五开关管为单脉波控制方式，即根据开关磁阻电动机转子位置信息，判断哪一相绕组需要供电时，与其串联的开关管闭合导通，待根据转子位置信息该相绕组供电完毕则再断开该开关管。
本发明的技术效果主要有：
(1)相对传统不对称半桥式变流器，本发明简化了结构，节约了成本；
(2)第一电容器两端电压加快了相绕组关断时电流的下降速度，避免进入制动区，从而可相对延后关断时刻，增加了电动机的出力，也增加了电动机***的效率；
(3)当第一电容器两端电压超过输入的电源电压时，可向其反向馈能，提高了***的电能有效利用率；
(4)本发明的变流器无需隔离环节，从而节省了成本，简化了结构，减轻了重量；
(5)第一电容器的辅助快速的降流过程中，无需开关管控制，减轻了控制的复杂度，提高了可靠性，节约了成本；
(6)第一开关管和第二开关管的开关模式可适应更宽的开关磁阻电动机速度调节范围，可充分发挥开关磁阻电动机高速运行的优势，适用面广；
(7)与相绕组串联的第三开关管、第四开关管、第五开关管无需斩波或PWM控制方式，采用单脉波模式，并且在超高速以下时也仅仅由第二开关管一个开关管做PWM模式控制，从而极大的减少了全***的开关损耗，并且相绕组数量越多优势越明显；
(8)在本发明的变流器及其控制模式下，开关角可固定，无需高速期间采用开关角控制方式，简化了控制的复杂度，提高了可靠性。
附图说明
图1所示为本发明的开关磁阻电动机变流器电路结构图。
具体实施方式
一种开关磁阻电动机变流器，如附图1所示，由两个电感、六个二极管、五个开关管、三个电容器、三相绕组组成，第一电感L1一端与第一二极管D1阴极连接，并作为变流器输入直流电源的正极，第一电感L1另一端连接第一开关管V1阳极和第二二极管D2阳极，第二二极管D2阴极连接第二电容器C2正极和第二开关管V2阳极，第二开关管V2阴极连接第二电感L2一端和第三二极管D3阴极，第三二极管D3阳极连接第三电容器C3负极、第三开关管V3阴极、第四开关管V4阴极、第五开关管V5阴极，第三开关管V3阳极连接第一相绕组A一端和第四二极管D4阳极，第四开关管V4阳极连接第二相绕组B一端和第五二极管D5阳极，第五开关管V5阳极连接第三相绕组C一端和第六二极管D6阳极，第一二极管D1阳极连接第一电容器C1正极、第四二极管D4阴极、第五二极管D5阴极、第六二极管D6阴极，第一电容器C1负极连接第一开关管V1阴极、第二电容器C2负极、第二电感L2另一端、第三电容器C3正极、第一相绕组A另一端、第二相绕组B另一端、第三相绕组C另一端，并作为变流器输入直流电源的负极。
附图1中U1为该开关磁阻电动机的供电直流电源电压。
一种开关磁阻电动机变流器的控制方法，是指五个开关管的开关控制方法，其中第一开关管V1和第二开关管V2的开关控制，具体分为四种工作模式：
(1)第一开关管V1断开状态，第二开关管V2斩波PWM控制方式并且占空比小于二分之一；在该模式下，即第一开关管V1占空比为零，根据第三电容器C3两端电压UC3与输入端电压U1的关系式：
式(1)中αv1和αv2分别为第一开关管V1和第二开关管V2的占空比；
在第(1)工作模式下，实际供电电压即UC3将小于U1，开关磁阻电动机位于低速运行区域；
(2)第一开关管V1断开状态，第二开关管V2斩波PWM控制方式并且αv2＝1/2；第一开关管V1断开即αv1＝0，根据式(1)可见，该模式下UC3＝U1，开关磁阻电动机位于基速运行工况；
(3)第一开关管V1断开状态即αv1＝0，第二开关管V2斩波PWM控制方式并且αv2＞1/2；根据式(1)可见此模式下UC3＞U1，开关磁阻电动机位于高速运行区域；
(4)第一开关管V1斩波PWM控制方式，第二开关管V2斩波PWM控制方式并且αv2＞1/2；此模式下UC3＞＞U1，开关磁阻电动机位于超高速区域；
根据开关磁阻电动机转子位置信息，当检测到需要第一相绕组A通电时，第三开关管V3闭合导通，形成C3-A-V3-C3的供电回路，相应的第二相绕组B通电则第四开关管V4闭合导通，第三相绕组C通电则第五开关管V5闭合导通；第三开关管V3、第四开关管V4、第五开关管V5均为单脉波控制方式，即根据开关磁阻电动机转子位置信息，判断哪一相绕组需要供电时，与其串联的开关管闭合导通，待根据转子位置信息该相绕组供电完毕则再断开该开关管；断开该开关管后，与其串联的相绕组磁能向第一电容器C1转移，并且此时由于有第一电容器C1端电压的作用，断开该开关管后相绕组电流将快速降到零，避免进入制动区域。
关于UC3与U1之间的变流器部分的工作，当第一开关管V1保持断开状态时，第二开关管V2闭合导通时第二电感L2被充电，第二开关管V2断开时第二电感L2电能向第三电容器C3及通电相绕组释放；当第一开关管V1按PWM方式开关控制时，其闭合导通时，U1经由第一开关管V1向第一电感L1充电，其断开时U1和第一电感L1的储能共同经第二开关管V2供电。

Claims (2)

1.一种开关磁阻电动机变流器，由两个电感、六个二极管、五个开关管、三个电容器、三相绕组组成，其技术特征是，所述第一电感一端与所述第一二极管阴极连接，并作为变流器输入直流电源的正极，第一电感另一端连接所述第一开关管阳极和所述第二二极管阳极，第二二极管阴极连接所述第二电容器正极和所述第二开关管阳极，第二开关管阴极连接所述第二电感一端和所述第三二极管阴极，第三二极管阳极连接所述第三电容器负极、所述第三开关管阴极、所述第四开关管阴极、所述第五开关管阴极，第三开关管阳极连接所述第一相绕组一端和所述第四二极管阳极，第四开关管阳极连接所述第二相绕组一端和所述第五二极管阳极，第五开关管阳极连接所述第三相绕组一端和所述第六二极管阳极，第一二极管阳极连接所述第一电容器正极、第四二极管阴极、第五二极管阴极、第六二极管阴极，第一电容器负极连接第一开关管阴极、第二电容器负极、第二电感另一端、第三电容器正极、第一相绕组另一端、第二相绕组另一端、第三相绕组另一端，并作为变流器输入直流电源的负极。
2.一种开关磁阻电动机变流器的控制方法，其特征是，指五个开关管的开关控制方法；
其中第一开关管和第二开关管的开关控制，具体分为四种工作模式：
(1)第一开关管断开状态，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比小于二分之一；
(2)第一开关管断开状态，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比等于二分之一；
(3)第一开关管断开状态，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比大于二分之一；
(4)第一开关管斩波PWM控制方式，第二开关管斩波PWM控制方式并且占空比大于二分之一；
第三开关管、第四开关管、第五开关管为单脉波控制方式，即根据开关磁阻电动机转子位置信息，判断哪一相绕组需要供电时，与其串联的开关管闭合导通，待根据转子位置信息该相绕组供电完毕则再断开该开关管。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098769A (zh) * 2018-01-31 2019-08-06 英飞凌科技股份有限公司 励磁线圈的放电技术
CN110677083A (zh) * 2019-10-17 2020-01-10 中国计量大学 一种直升压变励磁开关磁阻发电机变流***

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050062452A1 (en) * 2002-10-25 2005-03-24 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for determining phase current of switched reluctance electric machines
WO2011004546A1 (en) * 2009-07-10 2011-01-13 Three Eye Co., Ltd. Reluctance motor apparatus
CN103475292A (zh) * 2013-08-13 2013-12-25 燕山大学 一种实现快速励磁/退磁的开关磁阻发电机***
CN104638991A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 江苏大学 一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的双母线功率变换器及其控制方法
CN204361951U (zh) * 2014-12-30 2015-05-27 中国计量学院 小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑
CN204408235U (zh) * 2014-12-30 2015-06-17 中国计量学院 小型开关磁阻风力发电机半自励升压功率变换器拓扑
CN105322838A (zh) * 2014-07-01 2016-02-10 南京工业大学 一种实现快速退磁的三电平电机功率变换器
CN205883097U (zh) * 2016-06-24 2017-01-11 姜坚波 快励开关磁阻发电机变电压功率变换器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050062452A1 (en) * 2002-10-25 2005-03-24 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for determining phase current of switched reluctance electric machines
WO2011004546A1 (en) * 2009-07-10 2011-01-13 Three Eye Co., Ltd. Reluctance motor apparatus
CN103475292A (zh) * 2013-08-13 2013-12-25 燕山大学 一种实现快速励磁/退磁的开关磁阻发电机***
CN105322838A (zh) * 2014-07-01 2016-02-10 南京工业大学 一种实现快速退磁的三电平电机功率变换器
CN204361951U (zh) * 2014-12-30 2015-05-27 中国计量学院 小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑
CN204408235U (zh) * 2014-12-30 2015-06-17 中国计量学院 小型开关磁阻风力发电机半自励升压功率变换器拓扑
CN104638991A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 江苏大学 一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的双母线功率变换器及其控制方法
CN205883097U (zh) * 2016-06-24 2017-01-11 姜坚波 快励开关磁阻发电机变电压功率变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李定宣: "《开关稳定电源设计与应用》", 31 August 2006 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098769A (zh) * 2018-01-31 2019-08-06 英飞凌科技股份有限公司 励磁线圈的放电技术
CN110677083A (zh) * 2019-10-17 2020-01-10 中国计量大学 一种直升压变励磁开关磁阻发电机变流***

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