CN109347398B - 一种基于ipm的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，包括输入整流电路、滤波电路、IPM功率电路、防串扰电流抑制电路，所述输入整流电路的输入端接交流电源，输入整流电路的输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与IPM功率电路相连，所述IPM功率电路采用三相对称桥式IPM，IPM功率电路中设有用于对开关磁阻电机的A、B两相绕组电流进行隔离的防串扰电流抑制电路。本发明的IPM功率电路采用三相对称桥式IPM，可以将原来需要使用两个IPM的变为只需要一个即可，从而降低了成本，可以快速推动开关磁阻电机行业的发展。

Description

一种基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构
技术领域
本发明涉及电机领域，特别涉及一种基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构。
背景技术
开关磁阻电机已经发展了几十年，它需要采用三相不对称的功率拓扑结构，而市面上暂时没有此结构的专用IPM模块，因此厂家必须通过采用2块3相对称桥式IPM来实现驱动电路，这直接导致成本上升。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低的基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，包括输入整流电路、滤波电路、IPM功率电路、防串扰电流抑制电路，所述输入整流电路的输入端接交流电源，输入整流电路的输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与IPM功率电路相连，所述IPM功率电路采用三相对称桥式IPM，IPM功率电路中设有用于对开关磁阻电机的A、B两相绕组电流进行隔离的防串扰电流抑制电路。
上述基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，所述输入整流电路包括第一至第四整流二极管，交流电源的正极与第一整流二极管的正极、第三整流二极管的负极连接，交流电源的负极与第二整流二极管的正极、第四整流二极管的负极连接，第一整流二极管的负极、第二整流二极管的负极连接在一起输出正电流，第三整流二极管的正极、第四整流二极管的正极连接在一起输出负电流。
上述基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，所述滤波电路包括电容，所述电容的一端连接第一整流二极管的负极，电容的另一端连接第三整流二极管的正极。
上述基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，所述IPM功率电路包括第一至第六三极管，所述第一三极管的集电极、第三三极管的集电极、第五三极管的集电极连接在一起并接正电流，第一三极管的发射极、第三三极管的发射极、第五三极管的发射极分别与第四三极管的集电极、第二三极管的集电极、第六三极管的集电极相连，第四三极管的发射极、第二三极管的发射极、第六三极管的发射极连接在一起并接负电流，第一二极管的正极连接第一三极管的发射极，第一二极管的负极连接第一三极管的集电极，第二二极管的正极连接第二三极管的发射极，第二二极管的负极连接第二三极管的集电极，第三二极管的正极连接第三三极管的发射极，第三二极管的负极连接第三三极管的集电极，第四二极管的正极连接第四三极管的发射极，第四二极管的负极连接第四三极管的集电极，第五二极管的正极连接第五三极管的发射极，第五二极管的负极连接第五三极管的集电极，第六二极管的正极连接第六三极管的发射极，第六二极管的负极连接第六三极管的集电极，第一至第六三极管的基极均作为控制端。
上述基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，所述防串扰电流抑制电路包括第七二极管和第八二极管，开关磁阻电机的A相绕组的一端连接第一三极管的发射极，开关磁阻电机的A相绕组的另一端连接第七二极管的正极，第七二极管的负极连接第三三极管的发射极，开关磁阻电机的B相绕组的一端连接第五三极管的发射极，开关磁阻电机的B相绕组的另一端连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接第三三极管的发射极。
本发明的有益效果在于：本发明的IPM功率电路采用三相对称桥式IPM，可以将原来需要使用两个IPM的变为只需要一个即可，从而降低了成本，可以快速推动开关磁阻电机行业的发展。
附图说明
图1为本发明的拓扑电路图。
图2为两相开关磁阻电机A相绕组的驱动电流流向图。
图3为两相开关磁阻电机A相绕组的续流电流流向图。
图4为两相开关磁阻电机B相绕组的驱动电流流向图。
图5为两相开关磁阻电机B相绕组的续流电流流向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，包括输入整流电路、滤波电路、IPM功率电路、防串扰电流抑制电路，所述输入整流电路的输入端接交流电源，输入整流电路的输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与IPM功率电路相连，所述IPM功率电路采用三相对称桥式IPM，IPM功率电路中设有用于对开关磁阻电机的A、B两相绕组电流进行隔离的防串扰电流抑制电路。
所述输入整流电路包括第一至第四整流二极管D1-D4，交流电源的正极与第一整流二极管D1的正极、第三整流二极管D3的负极连接，交流电源的负极与第二整流二极管D2的正极、第四整流二极管D4的负极连接，第一整流二极管D1的负极、第二整流二极管D2的负极连接在一起输出正电流VBUS+，第三整流二极管D3的正极、第四整流二极管D4的正极连接在一起输出负电流VBUS-。
所述滤波电路包括电容C1，所述电容C1的一端连接第一整流二极管D1的负极，电容C1的另一端连接第三整流二极管D3的正极。
所述IPM功率电路包括第一至第六三极管VT1-VT6、第一至第六二极管VD1-VD6，所述第一三极管VT1的集电极、第三三极管VT3的集电极、第五三极管VT5的集电极连接在一起并接正电流VBUS+，第一三极管VT1的发射极、第三三极管VT3的发射极、第五三极管VT5的发射极分别与第四三极管VT4的集电极、第二三极管VT2的集电极、第六三极管VT6的集电极相连，第四三极管VT4的发射极、第二三极管VT2的发射极、第六三极管VT6的发射极连接在一起并接负电流VBUS-，第一二极管VD1的正极连接第一三极管VT1的发射极，第一二极管VD1的负极连接第一三极管VT1的集电极，第二二极管VD2的正极连接第二三极管VT2的发射极，第二二极管VD2的负极连接第二三极管VT2的集电极，第三二极管VD3的正极连接第三三极管VT3的发射极，第三二极管VD3的负极连接第三三极管VT3的集电极，第四二极管VD4的正极连接第四三极管VT4的发射极，第四二极管VD4的负极连接第四三极管VT4的集电极，第五二极管VD5的正极连接第五三极管VT5的发射极，第五二极管VD5的负极连接第五三极管VT5的集电极，第六二极管VD6的正极连接第六三极管VT6的发射极，第六二极管VD6的负极连接第六三极管VT6的集电极，第一至第六三极管VT6的基极均作为控制端。
所述防串扰电流抑制电路包括第七二极管VD7和第八二极管VD8，开关磁阻电机的A相绕组的一端连接第一三极管VT1的发射极，开关磁阻电机的A相绕组的另一端连接第七二极管VD7的正极，第七二极管VD7的负极连接第三三极管VT3的发射极，开关磁阻电机的B相绕组的一端连接第五三极管VT5的发射极，开关磁阻电机的B相绕组的另一端连接第八二极管VD8的正极，第八二极管VD8的负极连接第三三极管VT3的发射极。
需要说明的是，在小功率的应用下，防串扰电流抑制电路可以使用和VD1同性能的二极管，但是做大功率应用下，二极管的压降损耗将会很大，需要采用晶闸管替代，晶闸管的触发信号和对应绕组的开始斩波信号同时发出即可，降低通态损耗。当使用二极管做为绕组电流隔离时，采用上管斩波的方式，具体为：A相通电时，斩波管为VT1，VT2直通；B相通电时，斩波管为VT5，VT2直通，这样可以避免VT2一直处于斩波状态而增加此管的功率损耗，将开关损耗分别加到VT1和VT5，分散了热耗，有效的提高了整体性能。
当使用晶闸管做为绕组电流隔离时，采用下管斩波的方式，具体为：A相通电时，斩波管为VT2，VT1直通；B相通电时，斩波管为VT2，VT5直通。这样处理后，如果A相绕组在通电后，换相到B相绕组，斩波时，由于VT2的关断，在VD7的阴极电压为VBUS+和一个VD3的压降之和，阳极电压为VBUS+的一半，此时阴极电压高于阳极电压，而此时晶闸管没有正向电流，VD7关断；如果B相绕组在通电后，换相到A相绕组，斩波时，由于VT2的关断，在VD8的阴极电压为VBUS+和一个VD3的压降之和，阳极电压为VBUS+的一半，此时阴极电压会高于阳极电压，而此时晶闸管没有正向电流，VD8关断。
本发明的工作原理如下：交流输入经过二极管进行整流，经过C1电容滤波后，给IPM（虚线框部分）进行母线供电。上图中VT3、VT4、VT6一直处于封锁状态。
如图2所示，当驱动A相绕组时，VT1和VT2导通，电流从VBUS+流过VT1、A相绕组、VD7、VT2，再流回VBUS-，由于VD8的作用，电流不会流过B相绕组，B相绕组电流不受干扰。
如图3所示，当A相绕组需要续流时，VT1和VT2关断，电流从VBUS-、VD4、A相绕组、VD7、VD3，再流回VBUS+，此种续流方式，直接将绕组中的能量回馈到母线，续流时间短，效果好。
如图4所示，当驱动B相绕组时，VT5和VT2导通，电流从VBUS+流过VT5、B相绕组、VD8、VT2，再流回VBUS-，由于VD7的作用，电流不会流过A相绕组，A相绕组电流不受干扰。
如图5所示，当B相绕组需要续流时，VT5和VT2关断，电流从VBUS-、VD6、B相绕组、VD8、VD3，再流回VBUS+，此种续流方式，直接将绕组中的能量回馈到母线，续流时间短，效果好。

Claims (1)

1.一种基于IPM的两相开关磁阻电机电流换相拓扑结构，其特征在于：包括输入整流电路、滤波电路、IPM功率电路、防串扰电流抑制电路，所述输入整流电路的输入端接交流电源，输入整流电路的输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与IPM功率电路相连，所述IPM功率电路采用三相对称桥式IPM，IPM功率电路中设有用于对开关磁阻电机的A、B两相绕组电流进行隔离的防串扰电流抑制电路；
所述输入整流电路包括第一至第四整流二极管，交流电源的正极与第一整流二极管的正极、第三整流二极管的负极连接，交流电源的负极与第二整流二极管的正极、第四整流二极管的负极连接，第一整流二极管的负极、第二整流二极管的负极连接在一起输出正电流，第三整流二极管的正极、第四整流二极管的正极连接在一起输出负电流；
所述滤波电路包括电容，所述电容的一端连接第一整流二极管的负极，电容的另一端连接第三整流二极管的正极；
所述IPM功率电路包括第一至第六三极管，所述第一三极管的集电极、第三三极管的集电极、第五三极管的集电极连接在一起并接正电流，第一三极管的发射极、第三三极管的发射极、第五三极管的发射极分别与第四三极管的集电极、第二三极管的集电极、第六三极管的集电极相连，第四三极管的发射极、第二三极管的发射极、第六三极管的发射极连接在一起并接负电流，第一二极管的正极连接第一三极管的发射极，第一二极管的负极连接第一三极管的集电极，第二二极管的正极连接第二三极管的发射极，第二二极管的负极连接第二三极管的集电极，第三二极管的正极连接第三三极管的发射极，第三二极管的负极连接第三三极管的集电极，第四二极管的正极连接第四三极管的发射极，第四二极管的负极连接第四三极管的集电极，第五二极管的正极连接第五三极管的发射极，第五二极管的负极连接第五三极管的集电极，第六二极管的正极连接第六三极管的发射极，第六二极管的负极连接第六三极管的集电极，第一至第六三极管的基极均作为控制端；
所述防串扰电流抑制电路包括第七二极管和第八二极管，开关磁阻电机的A相绕组的一端连接第一三极管的发射极，开关磁阻电机的A相绕组的另一端连接第七二极管的正极，第七二极管的负极连接第三三极管的发射极，开关磁阻电机的B相绕组的一端连接第五三极管的发射极，开关磁阻电机的B相绕组的另一端连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接第三三极管的发射极；
当使用二极管做为绕组电流隔离时，采用上管斩波的方式，具体为：A相通电时，斩波管为第一三极管，第二三极管直通；B相通电时，斩波管为第五三极管，第二三极管直通，这样避免第二三极管一直处于斩波状态而增加此管的功率损耗，将开关损耗分别加到第一三极管和第五三极管，分散了热耗，提高了整体性能；
当使用晶闸管做为绕组电流隔离时，采用下管斩波的方式，具体为：A相通电时，斩波管为第二三极管，第一三极管直通；B相通电时，斩波管为第二三极管，第五三极管直通；这样处理后，如果A相绕组在通电后，换相到B相绕组，斩波时，由于第二三极管的关断，在第七二极管的阴极电压为VBUS+和一个第三二极管的压降之和，阳极电压为VBUS+的一半，此时阴极电压高于阳极电压，而此时晶闸管没有正向电流，第七二极管关断；如果B相绕组在通电后，换相到A相绕组，斩波时，由于第二三极管的关断，在第八二极管的阴极电压为VBUS+和一个第三二极管的压降之和，阳极电压为VBUS+的一半，此时阴极电压会高于阳极电压，而此时晶闸管没有正向电流，第八二极管关断；
交流输入经过二极管进行整流，经过电容滤波后，给IPM进行母线供电； 第三三极管、第四三极管、第六三极管一直处于封锁状态；
当驱动A相绕组时，第一三极管和第二三极管导通，电流从VBUS+流过第一三极管、A相绕组、第七二极管、第二三极管，再流回VBUS-，由于第八二极管的作用，电流不会流过B相绕组，B相绕组电流不受干扰；
当A相绕组需要续流时，第一三极管和第二三极管关断，电流从VBUS-、第四二极管、A相绕组、第七二极管、第三二极管，再流回VBUS+，此种续流方式，直接将绕组中的能量回馈到母线；
当驱动B相绕组时，第五三极管和第二三极管导通，电流从VBUS+流过第五三极管、B相绕组、第八二极管、第二三极管，再流回VBUS-，由于第七二极管的作用，电流不会流过A相绕组，A相绕组电流不受干扰；
当B相绕组需要续流时，第五三极管和第二三极管关断，电流从VBUS-、第六二极管、B相绕组、第八二极管、第三二极管，再流回VBUS+，此种续流方式，直接将绕组中的能量回馈到母线。
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