一種實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于電機(jī)制造與控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子器件技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，尤其是稀土永磁材料出口限制所引起的價格上漲，開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用將越來越廣泛。另一方面，在一些深空、深海、晝夜溫差大的特殊作業(yè)環(huán)境下，永磁體的磁性能不穩(wěn)定，不利于永磁電機(jī)在上述領(lǐng)域的應(yīng)用。而開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種電勵磁電機(jī)，其定轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片壓疊制成雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上既無永磁體也無繞組，定子上只有集中式繞組線圈，依據(jù)“磁阻最小”原理工作。開關(guān)磁阻電機(jī)制造簡單、成本低、結(jié)構(gòu)牢靠、體積小、重量輕、散熱方便。在工業(yè)調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域中已顯示出強(qiáng)大的競爭力，在電動汽車、家用電器、紡織機(jī)械、電氣傳動等方面也有廣闊的前景。然而，限制開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的一個重要技術(shù)瓶頸如圖1所示，現(xiàn)有三相開關(guān)磁阻電機(jī)的不對稱橋式功率變換器拓?fù)涿肯嗬@組采用兩個主開關(guān)、兩個緩流二極管，比普通三相異步電機(jī)功率變換器多了六個電力緩流二極管。因此，增加了開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的復(fù)雜性和成本。此外，開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器尚無一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無法大規(guī)模生產(chǎn)，這些都大大增加了開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的開發(fā)成本與硬件成本。近年來，有學(xué)者提出如圖2所示的功率拓?fù)渥儞Q器來代替不對稱橋式功率變換器，解決了傳統(tǒng)三相開關(guān)磁阻電機(jī)不對稱橋式功率變換器功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和無法大規(guī)模生產(chǎn)的缺點(diǎn)。然而，采用圖2所示的功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制開關(guān)磁阻電機(jī)亦會帶來另外一些缺點(diǎn)，例如只可以加載一半母線電壓至開關(guān)磁阻電機(jī)的每相繞組上，導(dǎo)致電流上升率di/dt變小、速度響應(yīng)受限制、過載能力差、效率低等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以代替原來三相橋式功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使基于雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器可以實(shí)現(xiàn)加載母線電壓全壓至每相繞組上。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括直流電源V、電源濾波電容C、(N+1)對功率開關(guān)管和一個N相開關(guān)磁阻電機(jī)SRM;第η對功率開關(guān)管包括功率開關(guān)管Snl和功率開關(guān)管S &，功率開關(guān)管Snl的發(fā)射極和功率開關(guān)管Sn2的集電極相接于電接點(diǎn)Ρη，η = 1,2,…，N，(Ν+1);直流電源V的正極同時連接功率開關(guān)管Snl的集電極，直流電源V的負(fù)極同時連接功率開關(guān)管Sn2的發(fā)射極，電源濾波電容C并聯(lián)在直流電源V的正負(fù)兩極間；開關(guān)磁阻電機(jī)SRM的第η相繞組的兩端分別與電接點(diǎn)PjP電接點(diǎn)P _相接。
[0006]本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)全壓雙極性控制需要的(Ν+1)個橋臂。此時N相電機(jī)可以工作在全壓雙極性電流控制方式下，而(Ν+1)相電機(jī)亦可以工作在半壓雙極性電流控制方式下。
[0007]所述開關(guān)磁阻電機(jī)SRM為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0008]所述開關(guān)磁阻電機(jī)SRM為三相以上開關(guān)磁阻電機(jī)SRM，即N = 3，4，5，…;以三相開關(guān)磁阻電機(jī)SRM為例，即N = 3 ;開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既可以用于三相全壓雙極性控制，也可以用于四相半壓雙極性控制；當(dāng)其中任一橋臂發(fā)生故障，余下三個橋臂可實(shí)現(xiàn)三相半壓雙極性控制。
[0009]所述開關(guān)磁阻電機(jī)SRM為任意定轉(zhuǎn)子齒槽配合、任意工作模式的開關(guān)磁阻電機(jī)。
[0010]本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既可以用于電動控制模式，又可以用于發(fā)電控制模式。
[0011 ] 有益效果:本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)勢:1、與圖2所示三相橋式功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只可以加載一半母線電壓至開關(guān)磁阻電機(jī)每相繞組上相比，本發(fā)明提出了一種可實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)加載全部的母線電壓到每相繞組上；2、本發(fā)明所提功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既可以實(shí)現(xiàn)N相開關(guān)磁阻電機(jī)的全壓雙極性控制，又可以實(shí)現(xiàn)(N+1)相開關(guān)磁阻電機(jī)半壓雙極性控制，具有高度的靈活性和多功能性；3、本發(fā)明相比于圖1所示不對稱橋式開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于市場上單相橋臂已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)?；a(chǎn)，降低了開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的成本；4、若本發(fā)明的功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)其中任一橋臂發(fā)生故障，余下三個橋臂可實(shí)現(xiàn)三相半壓雙極性控制，相比與傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)?，具有高可靠性?br>【附圖說明】
[0012]圖1為傳統(tǒng)不對稱橋式電路功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0013]圖2為三相橋式電路功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0014]圖3為實(shí)施例提供的一種實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0015]圖4為實(shí)施例中A相繞組工作在正向勵磁狀態(tài)；
[0016]圖5為實(shí)施例中A相繞組工作在續(xù)流狀態(tài)；
[0017]圖6為實(shí)施例中A相繞組工作在反向勵磁狀態(tài)；
[0018]圖7為實(shí)施例中B相繞組工作在正向勵磁狀態(tài)；
[0019]圖8為實(shí)施例中B相繞組工作在續(xù)流狀態(tài)；
[0020]圖9為實(shí)施例中B相繞組工作在反向勵磁狀態(tài)；
[0021]圖10為實(shí)施例中C相繞組工作在正向勵磁狀態(tài)；
[0022]圖11為實(shí)施例中C相繞組工作在續(xù)流狀態(tài)；
[0023]圖12為實(shí)施例中C相繞組工作在反向勵磁狀態(tài)；
[0024]圖13為實(shí)施例中四相開關(guān)磁阻電機(jī)工作在半壓雙極性電流控制下；
[0025]圖14為實(shí)施例發(fā)生故障時電機(jī)的工作狀況連線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0027]如圖3所示為一種實(shí)現(xiàn)全壓雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括直流電源V、電源濾波電容C、8個功率開關(guān)管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和一個三相開關(guān)磁阻電機(jī)SRM ;直流供電電源V的正極同時連接功率開關(guān)管S1、S2、S3、S4的集電極，供電電源V的負(fù)極同時連接功率開關(guān)管S5、S6、S7、S8的發(fā)射極，電源濾波電