一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，应用于开关磁阻电机驱动系统。该结构采用双桥拓扑，A、C两相共用同一桥臂，包含开关管S3、S4和二极管D4，B、D两相共用同一桥臂，包含开关管S9、S

【技术实现步骤摘要】
一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构


[0001]本专利技术涉及一种电机的功率变换器，尤其是一种应用于四相开关磁阻电机的五电平功率变换器。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机(SRM)作为一种新型交流调速电机，结构简单，成本低，效率高，启动转矩大，调速范围宽，已被应用于电动车、机械传动、航空航天等诸多领域。开关磁阻电机驱动系统(SRD)包含SRM、控制器、功率变换器、位置传感器和电压电流传感器组成，其中功率变换器的拓扑结构对SRD的性能有很大的影响，研究多电平拓扑结构的功率变换器对提高SRM的动态性能，提升系统效率具有重要意义。
[0003]传统不对称半桥功率变换器，结构简单、控制容易，广泛应用于SRD上。但传统不对称半桥功率变换器在电机运行于高速下，电流跟踪能力减弱会造成过大的转矩脉动，降低系统效率；且由于开关器件额定伏安值的限制，使得传统不对称半桥功率变换器只能适应于中小功率场合。
[0004]专利申请号为：200810023692.6公开的五电平开关磁阻电机功率变换器，相比于传统不对称半桥功率变换器，开关频率减少，承受电压值低，且可供选择的电压等级多，控制灵活；但该五电平功率变换器总额定伏安值与传统功率变换器基本一致，所需功率器件在数量上增加一倍，总导通损耗较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于改进已有功率变换器的不足，提供一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，采用双桥拓扑，实现使用较少的开关器件实现较多的电压等级，减少系统成本。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，包括直流电源、滤波分压电容C
U
，C
L
、双拓扑电桥，其特征在于：直流电源右侧的两只滤波分压电容(C
U
，C
L
)串联后分别与带有下位续流二极管D3的上位双开关管(S1、S2)、带有上位续流二极管D4的下位双开关管(S3、S4)、带有下位续流二极管D6的上位双开关管(S5、S6)并联；中间支路的开关管S3的漏极分别和左右支路的开关管(S2和S6)的源极连接绕组L
A
和L
C
；滤波分压电容(C
U
，C
L
)的中点通过上位钳位二极管(D1、D5)分别与上位双开关管(S1、S2，S5、S6)的中点相连，通过下位钳位二极管(D2)与下位双开关管(S3、S4)的中点相连。直流电源左侧的结构与直流电源右侧的结构对称。
[0007]所述的一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，采用双桥拓扑，A、C两相共用同一桥臂，包含开关管S3、S4和二极管D4，B、D两相共用同一桥臂，包含开关管S9、S
10
和二极管D
10
。
[0008]所述的一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，通过对开关管的导通和关断，使得开关磁阻电机工作在多种电压状态下。
[0009]本专利技术与现有技术的有益效果为：
[0010]1、采用双桥拓扑，用较少的开关器件实现较多的电压等级。
[0011]2、在相同直流供电电源下，功率器件的承受电压只有传统变换器功率器件的承受电压的一半；且由于A、C相(B、D相)共用同一桥臂，减少了功率器件的使用，相比于传统变换器与专利申请号为：200810023692.6公开的五电平开关磁阻电机功率变换器，本专利技术总的额定伏安值要低于以上两种功率变换器，系统成本进一步降低。
附图说明
[0012]图1是现有技术中不对称半桥功率变换器结构图。
[0013]图2是现有技术中五电平开关磁阻电机功率变换器结构图。
[0014]图3是本专利技术中所提出的用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构图。
[0015]图4是本专利技术的励磁电压状态图。
[0016]图5是本专利技术的续流电压状态图。
[0017]图6是本专利技术的去磁电压状态图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术做进一步说明。
[0019]如图3所示，本专利技术提供了一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率变换器，包括直流电源、滤波分压电容C
U
，C
L
、双拓扑电桥。直流电源右侧的两只滤波分压电容(C
U
，C
L
)串联后分别与带有下位续流二极管D3的上位双开关管(S1、S2)、带有上位续流二极管D4的下位双开关管(S3、S4)、带有下位续流二极管D6的上位双开关管(S5、S6)并联；中间支路的开关管S3的漏极分别和左右支路的开关管(S2和S6)的源极连接绕组L
A
和L
C
；滤波分压电容(C
U
，C
L
)的中点通过上位钳位二极管(D1、D5)分别与上位双开关管(S1、S2，S5、S6)的中点相连，通过下位钳位二极管(D2)与下位双开关管(S3、S4)的中点相连。直流电源左侧的结构与直流电源右侧的结构对称。
[0020]通过计算额定伏安值来对本专利技术所提的用于四相开关磁阻电机的五电平功率变换器、图1所示的不对称半桥功率变换器和图2所示的五电平开关磁阻电机功率变换器的成本进行评价，如表1所示。
[0020]表1
[0021][0022]如表1所示，本专利技术所提的用于四相开关磁阻电机的五电平功率变换器，总额定伏安值要低于图1和图2所示的功率变换器，系统成本得到进一步降低。
[0023]所述的用于四相开关磁阻电机的五电平功率变换器，具有五种工作状态，以A相为例：
[0024]如图4所示为励磁电压状态。图4(a)为快速励磁模式，开关管S1、S2、S3、S4全部导通，绕组电压为U；图4(b)或(c)为常压励磁模式，开关管S1、S2、S3导通，S4关断，或开关管S2、S3、S4导通，S1关断，常压励磁模式下绕组电压为U/2。
[0025]如图5所示为续流电压状态。图5(a)中开关管S3、S4导通，S1、S2关断，图5(b)中开关管S1、S2导通，S3、S4关断，图5(c)中开关管S2、S3导通，S1、S4关断，续流状态下绕组电压为0。
[0026]如图6所示为去磁电压状态。图6(a)或(b)为常压去磁模式，开关管S2导通，S1、S3、S4关断，或开关管S3导通，S1、S2、S4关断，绕组电压为
‑
U/2；图6(c)为快速去磁模式，开关管S1、S2、S3、S4全部关断，绕组电压为
‑
U。
[0027]本专利技术的功率变换电路具有的快速励磁和快速去磁模式可提高电机的电流跟踪性能，提升SRD的动态性能；且在同等耐压器件的情形下，本专利技术的功率变换电路可应用于大功率场合。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，包括直流电源、滤波分压电容C
U
，C
L
、双拓扑电桥；所述的一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，其特征在于：采用双桥拓扑，A、C两相共用同一桥臂，包含开关管S3、S4和二极管D4，B、D两相共用同一桥臂，包含开关管S9、S
10
和二极管D
10
；所述的一种用于四相开关磁阻电机的五电平功率拓扑结构，其特征在于：直流电源右侧的两只滤波分压电容(C
U
，C
L
)串联后分别与带有下位续流二极管D3的上位双开关管(S1、S2)、带有上位续流二极管D4的下位双开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜钦君，凌辉，冯晗，李存贺，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：