專利名稱：開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器、控制系統(tǒng)及方法
開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器、控制系統(tǒng)及方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器、控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor, SRM)具有結(jié)構(gòu)簡單牢固、壽命長、控 制靈活、較寬轉(zhuǎn)速及功率控制范圍等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在交通運(yùn)輸、民用電動車、家用電器、通 用工業(yè)、航空航天、國防工業(yè)等眾多領(lǐng)域。電解電容是當(dāng)前SRM控制器的重要組成部分，作 為控制系統(tǒng)的儲能元件，用于穩(wěn)定控制器系統(tǒng)的直流母線電壓，但SRM控制系統(tǒng)電解電容 的引入，增加了體積和成本，降低了系統(tǒng)功率因數(shù)，減少了系統(tǒng)壽命等。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種無電解電容、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、壽命長的開 關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器，旨在解決具有電解電容的SRM控制系統(tǒng)的存在體積大和成本高， 系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)壽命低的問題。
本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，所述開關(guān)磁阻電機(jī)包 括多相繞組，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器包括整流單元、兩個無極性電容、多組第一繞組功 率電路、多組第二繞組功率電路，其中，
所述整流單元的輸入端與交流電源的一個輸出端連接、正極輸出端與第一直流母 線連接、負(fù)極輸出端與第二直流母線連接；
所述兩個無極性電容連接在所述第一直流母線和第二直流母線之間，所述兩個無 極性電容串聯(lián)連接的節(jié)點(diǎn)與所述交流電源的另一個輸出端連接；
所述第一繞組功率電路和所述第二繞組功率電路的交流輸入端與所述交流電源 的另一個輸出端連接、正極輸入端與所述第一直流母線連接、負(fù)極輸入端與所述第二直流 母線連接，所述第一繞組功率電路和所述第二繞組功率電路中驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動 的為導(dǎo)通相功率電路、維持所述兩個無極性電容電壓平衡的為非導(dǎo)通相功率電路；
利用PWM控制信號控制所述導(dǎo)通相功率電路驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且利用 PWM控制信號控制所述非導(dǎo)通相功率電路維持所述兩個無極性電容電壓平衡。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一繞組功率電路包括第一端作為所述交流輸入端的一 相繞組、低電位端與所述一相繞組的第二端連接的第一功率開關(guān)管以及第一端與所述一相 繞組的第二端連接的第一續(xù)流器件，所述第一功率開關(guān)管的高電位端作為所述正極輸入 端，所述第一續(xù)流器件的第二端作為所述負(fù)極輸入端；
所述第二繞組功率電路包括作為所述交流輸入端的一相繞組的二相繞組、高電位 端與所述二相繞組的第二端連接的第二功率開關(guān)管以及第二端與所述二相繞組的第二端 連接的第二續(xù)流器件，所述第二功率開關(guān)管的低電位端作為所述負(fù)極輸入端，所述第二續(xù) 流器件的第一端與作為所述正極輸入端，所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管的控制端均外接PWM控制信號。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管均為N溝道MOS 管，所述N溝道MOS管的柵極、源極及漏極依次為所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān) 管的控制端、低電位端及高電位端；
或所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管均為IGBT，所述IGBT的門極、集電 極及發(fā)射極依次為所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管的控制端、低電位端及高電 位端。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一續(xù)流器件和第二續(xù)流器件均為續(xù)流二極管，其中，所 述第一續(xù)流器件的第一端、第二端分別為續(xù)流二極管的陽極、陰極，所述第二續(xù)流器件的第 一端、第二端分別為續(xù)流二極管的陽極、陰極。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一續(xù)流器件和第二續(xù)流器件均為N溝道MOS管，其中， 所述第一續(xù)流器件和所述第二續(xù)流器件兩者的第一端、第二端分別所述N溝道MOS管的漏 極、源極，所述N溝道MOS管柵極外接PWM控制信號；
或所述第一續(xù)流器件和第二續(xù)流器件均為IGBT，所述第一續(xù)流器件和所述第二續(xù) 流器件兩者的第一端、第二端分別所述IGBT的發(fā)射極、集電極，所述IGBT門極外接PWM控 制信號。
上述開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器通過用兩個無極性電容替換傳統(tǒng)的電解電容，減少了 開關(guān)磁阻電機(jī)的體積及成本，增加了使用壽命，同時第一繞組功率電路和第二繞組功率電 路在開關(guān)磁阻電機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中上述兩個電路中的一個用去驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，另一個電 路用于維持兩個無極性電容的電壓平衡，如此，利用PWM控制信號對非導(dǎo)通相電路的控制 以對無極性電容進(jìn)行充電，省略了需要增加額外電路模塊來對無極性電容進(jìn)行充電，以維 持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。
本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述開關(guān)磁阻 電機(jī)包括多相繞組，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)包括上述的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，還 包括
檢測所述交流電源的交流電壓信息的交流電壓檢測單元；
檢測所述兩個無極性電容的直流電壓信息的直流母線電壓檢測單元；
檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息的轉(zhuǎn)速檢測單元；
主控制器，根據(jù)所述交流電壓信息、直流電壓信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息發(fā)出PWM控制 信號控制所述導(dǎo)通相功率電路驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且利用PWM控制信號控制所述 非導(dǎo)通相功率電路維持所述兩個無極性電容電壓平衡。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)包括還包括
過流檢測電路，用于檢測所述主功率電路的電流大小并發(fā)送到所述主控制器；
驅(qū)動電路，連接于所述導(dǎo)通相功率電路與所述主控制器之間以及所述非導(dǎo)通相功 率電路與所述主控制器之間，利用所述控制器發(fā)出的PWM控制信號驅(qū)動所述導(dǎo)通相功率電 路和所述非導(dǎo)通相功率電路工作。
上述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)通過用兩個無極性電容替換傳統(tǒng)的電解電容，減少 了開關(guān)磁阻電機(jī)的體積及成本，增加了使用壽命，同時在開關(guān)磁阻電機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中第 一繞組功率電路和第二繞組功率電路中的一個用去驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，另一個電路用于維持兩個無極性電容的電壓平衡，如此，利用控制器根據(jù)交流電壓信息、直流電壓信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息的變化輸出PWM控制信號對非導(dǎo)通相電路的控制以對無極性電容進(jìn)行充電，省略了需要增加額外電路模塊來對無極性電容進(jìn)行充電，以維持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種基于上述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)控制方法，包括以下步驟檢測所述交流電源的交流電壓信息、檢測所述兩個無極性電容的直流電壓信息以及、檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速；判斷所述轉(zhuǎn)速是否小于等于預(yù)設(shè)值，若是，根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制用于控制所述非導(dǎo)通相電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡；若否，所述導(dǎo)通相電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，所述非導(dǎo)通相電路不工作。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制用于控制所述非導(dǎo)通相電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡的步驟具體為判斷所述交流電壓是否在正半周，若是，則根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相電路的所述PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制用于控制所述非導(dǎo)通相電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡；若否，則固定用于控制所述導(dǎo)通相電路的所述PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制于控制所述非導(dǎo)通相電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述導(dǎo)通相電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，所述非導(dǎo)通相電路不工作的步驟具體為所述導(dǎo)通相電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且判斷所述交流電壓是否在正半周，若是，則根據(jù)所述轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相電路的所述單脈沖PWM控制信號周期，根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相電路的所述單脈沖PWM控制信號的占空比；若否，則根據(jù)所述轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相電路的所述PWM控制信號的占空比。上述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法通過用兩個無極性電容替換傳統(tǒng)的電解電容，減少了開關(guān)磁阻電機(jī)的體積及成本，增加了使用壽命，同時在開關(guān)磁阻電機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中第一繞組功率電路和第二繞組功率電路中的一個用去驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，另一個電路用于維持兩個無極性電容的電壓平衡，如此，利用控制器根據(jù)交流電壓信息、直流電壓信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息的變化輸出PWM控制信號對非導(dǎo)通相電路的控制以對無極性電容進(jìn)行充電，省略了需要增加額外電路模塊來對無極性電容進(jìn)行充電，以維持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。


圖1是本發(fā)明第一個實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器電路原理圖；圖2 Ca)是本發(fā)明第二個實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器的電路原理圖；圖2 (b)是本發(fā)明第三個實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器的電路原理圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器中升降壓電路的電路原理圖；圖4 (a)是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器在交流電處于正半周功率開關(guān)管導(dǎo)通時的工作電流線路圖；圖4 (b)是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器在交流電處于正半周功率開關(guān)管關(guān)斷時的工作電流線路圖；圖4 (C)是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器在交流電處于負(fù)半周功率開關(guān)管導(dǎo)通時的工作電流線路圖；圖4 (d)是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器在交流電處于負(fù)半周功率開關(guān)管關(guān)斷時的工作電流線路圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法的工作流程圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速低于預(yù)設(shè)值的工作流程圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速高于預(yù)設(shè)值的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，為一個優(yōu)選的實(shí)施例中的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器電路原理圖，開關(guān)磁阻電機(jī)(下面稱作電機(jī))包括多相繞組，開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器包括整流單元100、兩個無極性電容Cl和C2、多組第一繞組功率電路320、多組第二繞組功率電路340。整流單元100的輸入端與交流電源AC的一個輸出端連接、正極輸出端與第一直流母線202連接、負(fù)極輸出端與第二直流母線204連接；兩個無極性電容Cl和C2連接在第一直流母線202和第二直流母線204之間，兩個無極性電容Cl和C2串聯(lián)連接的節(jié)點(diǎn)a與交流電源AC的另一個輸出端連接。第一繞組功率電路320和第二繞組功率電路340的交流輸入端與交流電源AC的另一個輸出端連接、正極輸入端與第一直流母線202連接、負(fù)極輸入端與第二直流母線204連接，第一繞組功率電路320和第二繞組功率電路340中驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動的為導(dǎo)通相功率電路、維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡的為非導(dǎo)通相功率電路；利用PWM控制信號控制導(dǎo)通相功率電路驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且利用PWM控制信號控制非導(dǎo)通相功率電路維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡。上述開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器通過用兩個無極性電容Cl和C2替換傳統(tǒng)的電解電容，減少了開關(guān)磁阻電機(jī)的體積及成本，增加了使用壽命，同時第一繞組功率電路320和第二繞組功率電路340在開關(guān)磁阻電機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中上述兩個電路中的一個用去驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，另一個電路用于維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡，如此，利用PWM控制信號對非導(dǎo)通相電路的控制以對無極性電容進(jìn)行充電，省略了需要增加額外電路模塊來對無極性電容進(jìn)行充電，以維持兩個直流母線(第一直流母線202和第二直流母線204)電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。在其中一個的實(shí)施例中，上述的兩個無極性電容Cl和C2均可以分別用若干個無極性電容串并聯(lián)替換。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一繞組功率電路320包括第一端作為交流輸入端的一相繞組L1、低電位端與一相繞組LI的第二端連接的第一功率開關(guān)管322以及第一端與一相繞組LI的第二端連接的第一續(xù)流器件324，第一功率開關(guān)管322的高電位端作為正極輸入端，第一續(xù)流器件324的第二端作為負(fù)極輸入端；第二繞組功率電路340包括作為交流輸入端的一相繞組LI的二相繞組L2、高電位端與二相繞組L2的第二端連接的第二功率開關(guān)管342以及第二端與二相繞組L2的第二端連接的第二續(xù)流器件344，第二功率開關(guān)管342的低電位端作為負(fù)極輸入端，第二續(xù)流器件344的第一端與作為正極輸入端，第一功率開關(guān)管322和第二功率開關(guān)管342的控制端均外接PWM控制信號。在優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖2 (a)所示，第一功率開關(guān)管322和第二功率開關(guān)管342均為N溝道MOS管，N溝道MOS管的柵極、源極及漏極依次為第一功率開關(guān)管322和第二功率開關(guān)管342的控制端、低電位端及高電位端。其中，第一功率開關(guān)管322為N溝道MOS管Q1，第二功率開關(guān)管342為N溝道MOS管Q2。或者，如圖2 (b)所示，第一功率開關(guān)管322和第二功率開關(guān)管342均為IGBT，IGBT的門極、集電極及發(fā)射極依次為第一功率開關(guān)管322和第二功率開關(guān)管342的控制端、低電位端及高電位端。其中，第一功率開關(guān)管322為N溝道IGBT (Q3)，第二功率開關(guān)管342為IGBT (Q4)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖2 (a)所示，第一續(xù)流器件324和第二續(xù)流器件344均為續(xù)流二極管，其中，第一續(xù)流器件324的第一端、第二端分別為續(xù)流二極管Dl的陽極、陰極，第二續(xù)流器件344的第一端、第二端分別為續(xù)流二極管D2的陽極、陰極。在另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，第一續(xù)流器件324和第二續(xù)流器件344均為N溝道MOS管。第一續(xù)流器件324和第二續(xù)流器件344兩者的第一端、第二端分別N溝道MOS管的漏極、源極，N溝道MOS管柵極外接PWM控制信號(圖未示)?；蛘?，如圖2 (b)所示，第一續(xù)流器件324和第二續(xù)流器件344均為IGBT，第一續(xù)流器件324和第二續(xù)流器件344兩者的第一端、第二端分別IGBT的發(fā)射極、集電極，IGBT門極外接PWM控制信號。本實(shí)施例中，第一續(xù)流器件324為N溝道IGBT (Q5)，第二續(xù)流器件344為IGBT (Q6)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，整流單元100為半波整流，其包括二極管D3和二極管D4，二極管D3的陽極、二極管D4的陰極均與交流電源AC的一個輸出端連接，二極管D3的陰極與第一直流母線202連接，二極管D4的陽極與第二直流母線204連接。在其他實(shí)施例中，整流單元100可以為全波整流。如圖3所示，以第一功率開關(guān)管322為N溝道MOS管Ql，第二續(xù)流器件344為N溝道MOS管Q2，第一續(xù)流器件324和第二續(xù)流器件344分別為續(xù)流二極管D1、續(xù)流二極管D2作為一個實(shí)施例說明。此時第一繞組功率電路320為導(dǎo)通相功率電路，第二繞組功率電路340為非導(dǎo)通相功率電路，那么第一繞組功率電路320驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，第二繞組功率電路340維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡，圖3中粗線條所標(biāo)出的線路為典型的BUCK-B00ST電路(升降壓斬波電路)，第一繞組功率電路320中的無極性電容Cl需要給電機(jī)的一相繞組LI供電使得其電量下降，那么第二繞組功率電路340和無極性電容C2組成BUCK-B00ST電路給無極性電容Cl充電以維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡以維持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。同理，當(dāng)開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器進(jìn)入第二繞組功率電路340驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，第一繞組功率電路320維持兩個無極性電容Cl和C2電壓平衡時，無極性電容C2需要給電機(jī)的二相繞組L2供電使得其電量下降，那么第一繞組功率電路320和無極性電容Cl組成BUCK-B00ST電路給無極性電容C2充電(圖未示出)。下面將結(jié)合附圖4以第一繞組功率電路320驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，第二繞組功率電路340維持兩個無極性電容Cl和C2電壓平衡為實(shí)施例，其中，以第一功率開關(guān)管322和第二功率開關(guān)管342均為N溝道MOS管，第一功率開關(guān)管322，第一續(xù)流器件324和第二續(xù)流器件344均為續(xù)流二極管為例，說明開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器的幾種工作狀態(tài)。由于受交流電周期的影響，無極性電容Cl的電容電壓會存在波動，所以N溝道MOS管Ql必須采用PWM控制信號進(jìn)行控制，以彌補(bǔ)交流電周期變換對無極性電容Cl電容電壓波動造成的影響。當(dāng)交流電處于正半周時，當(dāng)N溝道MOS管Ql導(dǎo)通，工作電流流經(jīng)路線如圖4 (a)粗黑線所示，交流電通過二極管D3給無極性電容Cl充電，一相繞組LI通電，在交流電正半周過零點(diǎn)后，PWM控制信號占空比隨著交流電壓的升高逐漸降低，到達(dá)峰值時，PWM控制信號占空比最小，過零點(diǎn)及交流電壓大小通過交流電壓檢測電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)N溝道MOS管Ql關(guān)斷，工作電流流經(jīng)路線如圖4 (b)粗黑線所示，則交流電通過二極管D3給無極性電容Cl充電，一相繞組LI中的儲存能量將通過續(xù)流二極管Dl對無極性電容C2充電。此時交流電處于負(fù)半周，當(dāng)N溝道MOS管Ql導(dǎo)通，工作電流流經(jīng)路線如圖4 (c)粗黑線所示，此時無極性電容Cl通過第一功率開關(guān)管322給一相繞組LI通電，電機(jī)可以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，交流電通過二極管D4給無極性電容C2充電。N溝道MOS管Ql的PWM控制信號的占空比僅由電機(jī)的轉(zhuǎn)速速決定。在此工作過程中，由于無極性電容Cl向一相繞組LI相通電，會導(dǎo)致無極性電容Cl電壓降低，因此無極性電容Cl消耗的能量可由第二繞組功率電路340 (非導(dǎo)通相功率電路)及無極性電容C2組成的升降壓電路充電以維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡。當(dāng)N溝道MOS管Ql關(guān)斷，工作電流流經(jīng)路線如圖4 (d)粗黑線所示，一相繞組LI中的儲存能量將通過續(xù)流二級管Dl對無極性電容C2充電，同時交流電通過二極管D4給無極性電容C2充電。同理，可以理解的是，以第二繞組功率電路340驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，第一繞組功率電路320維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡工作時，其工作原理與上述一樣，這里就不在贅述。終上所述，該開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器有三種方式可以對兩個無極性電容Cl和C2進(jìn)行充電以維持兩者的電壓平衡進(jìn)而維持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定。第一種是通過交流電源AC直接對兩個無極性電容Cl和C2充電；第二種是利用電機(jī)的繞組中的儲存能量通過續(xù)流二級管Dl和續(xù)流二極管D2分別對兩個無極性電容Cl和C2充電；第三種是，通過非導(dǎo)通相功率電路及其中一個無極性電容組成的升降壓電路對另一個無極性電容充電。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)，如圖5所示，開關(guān)磁阻電機(jī)包括多相繞組，開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)包括上述的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，還包括交流電壓檢測單元400、直流母線電壓檢測單元500、轉(zhuǎn)速檢測單元600以及主控制器700。交流電壓檢測單元400檢測交流電源AC的交流電壓信息；直流母線電壓檢測單元500檢測兩個無極性電容Cl和C2的直流電壓信息；轉(zhuǎn)速檢測單元600檢測開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息；主控制器700根據(jù)交流電壓信息、直流電壓信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息發(fā)出PWM控制信號控制導(dǎo)通相功率電路驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且利用PWM控制信號控制非導(dǎo)通相功率電路維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡。上述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)通過用兩個無極性電容替換傳統(tǒng)的電解電容，減少了開關(guān)磁阻電機(jī)的體積及成本，增加了使用壽命，同時在開關(guān)磁阻電機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中第一繞組功率電路320和第二繞組功率電路340中的一個用去驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，另一個電路用于維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡，如此，利用控制器根據(jù)交流電壓信息、直流電壓信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息的變化輸出PWM控制信號對非導(dǎo)通相電路的控制以對無極性電容進(jìn)行充電，省略了需要增加額外電路模塊來對無極性電容進(jìn)行充電，以維持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器的電路原理如上所述，這里不再贅述。具體地，主控制器700包括與轉(zhuǎn)速檢測單元600連接的轉(zhuǎn)速判斷模塊、與交流電壓檢測單元400連接的電壓判斷模塊以及分別與轉(zhuǎn)速判斷模塊和電壓判斷模塊連接的控制模塊。轉(zhuǎn)速判斷模塊判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速是否小于等于預(yù)設(shè)值。本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)值為3000轉(zhuǎn)/每分鐘。在其他實(shí)施例中，預(yù)設(shè)值可以是2500轉(zhuǎn)/每分鐘，也可以是3500轉(zhuǎn)/每分鐘。若轉(zhuǎn)速小于等于預(yù)設(shè)值時，控制模塊根據(jù)交流電壓信息調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，控制模塊根據(jù)直流電壓信息調(diào)制用于控制非導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號以維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡。在更具體的實(shí)施例中，電壓判斷模塊判斷交流電壓是否在正半周。若電壓在正半周，則控制模塊根據(jù)交流電壓信息調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，控制模塊根據(jù)直流電壓信息調(diào)制用于控制非導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號以維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡；若電壓在負(fù)半周，則控制模塊固定用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，控制模塊根據(jù)直流電壓信息調(diào)制于控制非導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號以維持兩個無極性電容Cl和C2的電壓平衡。在優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)通相功率電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，非導(dǎo)通相電路不工作的步驟具體為若轉(zhuǎn)速大于預(yù)設(shè)值時，控制模塊利用單脈沖PWM控制信號控制導(dǎo)通相功率電路以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，非導(dǎo)通相功率電路不工作。在更具體的實(shí)施例中，電壓判斷模塊判斷判斷交流電壓是否在正半周，若電壓在正半周，則控制模塊根據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的單脈沖PWM控制信號周期，控制模塊根據(jù)交流電壓信息調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的單脈沖PWM控制信號的占空比；若電壓在負(fù)半周，則根據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比。在優(yōu)選的實(shí)施例中，開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)包括還包括過流檢測電路80和驅(qū)動電路900。過流檢測電路900用于檢測主功率電路的電流大小并發(fā)送到主控制器700 ；驅(qū)動電路900連接于導(dǎo)通相功率電路與主控制器700之間以及非導(dǎo)通相功率電路與主控制器700之間，驅(qū)動電路900利用控制器700發(fā)出的PWM控制信號驅(qū)動導(dǎo)通相功率電路和所述非導(dǎo)通相功率電路工作。具體是通過控制導(dǎo)通相功率電路和導(dǎo)通相功率電路上的第一功率開關(guān)管322和第二功率開關(guān)管342以控制導(dǎo)通相功率電路和非導(dǎo)通相功率電路工作的如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種基于上述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)控制方法，且開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)是基于上述開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器設(shè)計的，這里就再重復(fù)對開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器的說明。開關(guān)磁阻電機(jī)控制方法包括以下步驟。步驟S110，檢測交流電源AC的交流電壓信息、檢測兩個無極性電容的直流電壓信息以及、檢測開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速。步驟S120，判斷轉(zhuǎn)速是否小于等于預(yù)設(shè)值。本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)值為3000轉(zhuǎn)/每分鐘。在其他實(shí)施例中，預(yù)設(shè)值可以是2500轉(zhuǎn)/每分鐘，也可以是3500轉(zhuǎn)/每分鐘。步驟S130，若是，根據(jù)交流電壓信息調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)直流電壓信息調(diào)制用于控制非導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號以維持兩個無極性電容電壓平衡；步驟S140，若否，利用單脈沖PWM控制信號控制導(dǎo)通相功率電路以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，非導(dǎo)通相功率電路不工作。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟S130，根據(jù)交流電壓信息調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)直流電壓信息調(diào)制用于控制非導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號以維持兩個無極性電容電壓平衡的步驟具體為，如圖7所示。步驟S132，判斷交流電壓是否在正半周。步驟S134，若是，則根據(jù)交流電壓信息調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)直流電壓信息調(diào)制用于控制非導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號以維持兩個無極性電容電壓平衡。步驟S136，若否，則固定用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)直流電壓信息調(diào)制于控制非導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號以維持兩個無極性電容電壓平衡。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟S140，導(dǎo)通相功率電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，非導(dǎo)通相電路不工作的步驟具體為。如圖8所示。步驟S142，導(dǎo)通相功率電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且判斷交流電壓是否在正半周。步驟S144，若是，則根據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的單脈沖PWM控制信號周期，根據(jù)交流電壓信息調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的單脈沖PWM控制信號的占空比·步驟S146，若否，則根據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比。上述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法通過用兩個無極性電容替換傳統(tǒng)的電解電容，減少了開關(guān)磁阻電機(jī)的體積及成本，增加了使用壽命，同時在開關(guān)磁阻電機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中第一繞組功率電路和第二繞組功率電路中的一個用去驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，另一個電路用于維持兩個無極性電容的電壓平衡，如此，利用控制器根據(jù)交流電壓信息、直流電壓信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息的變化輸出PWM控制信號對非導(dǎo)通相電路的控制以對無極性電容進(jìn)行充電，省略了需要增加額外電路模塊來對無極性電容進(jìn)行充電，以維持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，所述開關(guān)磁阻電機(jī)包括多相繞組，其特征在于，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器包括整流單元、兩個無極性電容、多組第一繞組功率電路、多組第二繞組功率電路，其中， 所述整流單元的輸入端與交流電源的一個輸出端連接、正極輸出端與第一直流母線連接、負(fù)極輸出端與第二直流母線連接； 所述兩個無極性電容串聯(lián)連接在所述第一直流母線和第二直流母線之間，所述兩個無極性電容串聯(lián)連接的節(jié)點(diǎn)與所述交流電源的另一個輸出端連接； 所述第一繞組功率電路和所述第二繞組功率電路的交流輸入端與所述交流電源的另一個輸出端連接、正極輸入端與所述第一直流母線連接、負(fù)極輸入端與所述第二直流母線連接，所述第一繞組功率電路和所述第二繞組功率電路中驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動的為導(dǎo)通相功率電路、維持所述兩個無極性電容電壓平衡的為非導(dǎo)通相功率電路； 利用PWM控制信號控制所述導(dǎo)通相功率電路驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且利用PWM控制信號控制所述非導(dǎo)通相功率電路維持所述兩個無極性電容電壓平衡。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，其特征在于，所述第一繞組功率電路包括第一端作為所述交流輸入端的一相繞組、低電位端與所述一相繞組的第二端連接的第一功率開關(guān)管以及第一端與所述一相繞組的第二端連接的第一續(xù)流器件，所述第一功率開關(guān)管的高電位端作為所述正極輸入端，所述第一續(xù)流器件的第二端作為所述負(fù)極輸入端； 所述第二繞組功率電路包括作為所述交流輸入端的一相繞組的二相繞組、高電位端與所述二相繞組的第二端連接的第二功率開關(guān)管以及第二端與所述二相繞組的第二端連接的第二續(xù)流器件，所述第二功率開關(guān)管的低電位端作為所述負(fù)極輸入端，所述第二續(xù)流器件的第一端與作為所述正極輸入端，所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管的控制端均外接PWM控制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，其特征在于，所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管均為N溝道MOS管，所述N溝道MOS管的柵極、源極及漏極依次為所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管342的控制端、低電位端及高電位端； 或所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管均為IGBT，所述IGBT的門極、集電極及發(fā)射極依次為所述第一功率開關(guān)管和所述第二功率開關(guān)管的控制端、低電位端及高電位端。
4.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，其特征在于，所述第一續(xù)流器件和第二續(xù)流器件均為續(xù)流二極管，其中，所述第一續(xù)流器件的第一端、第二端分別為續(xù)流二極管的陽極、陰極，所述第二續(xù)流器件的第一端、第二端分別為續(xù)流二極管的陽極、陰極。
5.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，其特征在于，所述第一續(xù)流器件和第二續(xù)流器件均為N溝道MOS管，其中，所述第一續(xù)流器件和所述第二續(xù)流器件兩者的第一端、第二端分別所述N溝道MOS管的漏極、源極，所述N溝道MOS管柵極外接PWM控制信號； 或所述第一續(xù)流器件和第二續(xù)流器件均為IGBT，所述第一續(xù)流器件和所述第二續(xù)流器件兩者的第一端、第二端分別所述IGBT的發(fā)射極、集電極，所述IGBT門極外接PWM控制信號。
6.一種開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述開關(guān)磁阻電機(jī)包括多相繞組，其特征在于，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，還包括檢測所述交流電源的交流電壓信息的交流電壓檢測單元； 檢測所述兩個無極性電容的直流電壓信息的直流母線電壓檢測單元； 檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息的轉(zhuǎn)速檢測單元； 主控制器，根據(jù)所述交流電壓信息、直流電壓信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息發(fā)出PWM控制信號控制所述導(dǎo)通相功率電路驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且利用PWM控制信號控制所述非導(dǎo)通相功率電路維持所述兩個無極性電容電壓平衡。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)包括還包括 過流檢測電路，用于檢測所述主功率電路的電流大小并發(fā)送到所述主控制器； 驅(qū)動電路，連接于所述導(dǎo)通相功率電路與所述主控制器之間以及所述非導(dǎo)通相功率電路與所述主控制器之間，利用所述控制器發(fā)出的PWM控制信號驅(qū)動所述導(dǎo)通相功率電路和所述非導(dǎo)通相功率電路工作。
8.一種基于如權(quán)利要求6所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)控制方法，其特征在于，包括以下步驟 檢測所述交流電源的交流電壓信息、檢測所述兩個無極性電容的直流電壓信息以及、檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速； 判斷所述轉(zhuǎn)速是否小于等于預(yù)設(shè)值，若是，根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制用于控制所述非導(dǎo)通相功率電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡； 若否，所述導(dǎo)通相功率電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，所述非導(dǎo)通相功率電路不工作。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相功率電路的PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制用于控制所述非導(dǎo)通相功率電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡的步驟具體為 判斷所述交流電壓是否在正半周，若是，則根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相功率電路的所述PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制用于控制所述非導(dǎo)通相功率電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡； 若否，則固定用于控制所述導(dǎo)通相功率電路的所述PWM控制信號的占空比以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述直流電壓信息調(diào)制于控制所述非導(dǎo)通相功率電路的所述PWM控制信號以維持所述兩個無極性電容電壓平衡。
10.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法，其特征在于，所述導(dǎo)通相功率電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，所述非導(dǎo)通相功率電路不工作的步驟具體為 所述導(dǎo)通相功率電路利用單脈沖PWM控制信號控制以驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且判斷所述交流電壓是否在正半周，若是，則根據(jù)所述轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相功率電路的所述單脈沖PWM控制信號周期，根據(jù)所述交流電壓信息調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相功率電路的所述單脈沖PWM控制信號的占空比； 若否，則根據(jù)所述轉(zhuǎn)速調(diào)制用于控制所述導(dǎo)通相功率電路的所述PWM控制信號的占空比。
全文摘要
本發(fā)明適用于電機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，提供了一種開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器，所述開關(guān)磁阻電機(jī)包括多相繞組，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器包括整流單元、無極性電容、多組第一繞組功率電路、多組第二繞組功率電路利用PWM控制信號控制所述導(dǎo)通相功率電路驅(qū)動所述開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動，且利用PWM控制信號控制所述非導(dǎo)通相功率電路維持所述無極性電容維持電壓平衡。上述開關(guān)磁阻電機(jī)的變換器通過用無極性電容替換傳統(tǒng)的電解電容，減少了開關(guān)磁阻電機(jī)的體積及成本，提升了控制系統(tǒng)的壽命，利用PWM控制信號對非導(dǎo)通相電路的控制以對無極性電容進(jìn)行充電，以維持兩個直流母線電壓的穩(wěn)定，保持開關(guān)磁阻電機(jī)工作穩(wěn)定。
文檔編號H02P6/08GK103001508SQ201210464950
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者張衛(wèi)豐, 李廷吉 申請人:捷和電機(jī)(深圳)有限公司