一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法，所述宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机为三相电机，共十二套绕组单独控制，各相单独使用各自的五电平功率变换器；所述五电平功率变换器包括单极性电源、开关管和二极管。通过控制开关管的通断，可以实现各相各绕组的独立控制，避免绕组在不同工作模式时的互相影响，使宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机绕组工作在快速励磁、正常励磁、续流、正常退磁、快速退磁五种模式。与传统不对称半桥功率变化电路相比，本发明专利技术增加两个电压等级，实现电机绕组的快速励磁、退磁，提高转矩与悬浮力的跟踪性能，大幅降低转矩脉动，提高转矩性能，同时实现电机的稳定悬浮。同时实现电机的稳定悬浮。同时实现电机的稳定悬浮。

【技术实现步骤摘要】
一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法，属于电机控制应用


技术介绍

[0002]开关磁阻电机具有的双凸极结构和开关式供电形式，使得开关磁阻电机具有严重的非线性特性，导致固有的转矩脉动存在。同时由于开关磁阻电机的轮流导通模式，电机处于换相期间，相邻两相的转矩合成电磁转矩，由于后一相刚开始导通，电流处于建立阶段，使得后一相的转矩上升速度跟不上前一相的转矩下降速度，导致电机换相期间产生严重的转矩脉动。
[0003]宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor with Wider Rotor Teeth，BSRMWR)尽管具有结构坚固、可靠性高、成本低、调速范围宽、用于各种恶劣的环境等优点，但是BSRMWR本体的双凸极结构以及轮流导通的方式没有得到改变，因此BSRMWR仍旧具有转矩脉动严重这一问题。
[0004]严重的转矩脉动使得电机的发展受到限制，为解决转矩脉动问题，直接瞬时转矩与直接悬浮力控制方式被应用到BSRMWR。尽管直接瞬时转矩与直接悬浮力控制方式可以降低BSRMWR的转矩脉动，但是换相期间的转矩脉动仍然存在。一是由于悬浮相关断后，电感值较大，电流下降速度慢，导致转矩无法准确跟踪；二是由于悬浮相关断后，绕组电流会进行一段时间的续流，无法快速降低至0，使得该阶段产生负转矩，而转矩相处于导通初期，励磁电流处于建立阶段，无法提供足够的转矩来弥补负转矩，使得转矩脉动出现。由于采用的不对称半桥功率变换电路只能提供三种电压等级，无法实现快速励磁与退磁模式，导致转矩脉动的问题仍然存在。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法，能够提高换向期间绕组的励磁速度和退磁速度，实现转矩与悬浮力的快速跟踪，同时保证各相各绕组的独立控制、工作模式互不影响，在降低转矩脉动、提高转矩性能的同时，可以保证电机的稳定悬浮。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种开关磁阻电机，包括定子、转子、定子绕组和转轴，所述定子、转子为双凸极结构，所述定子上的定子齿各自缠绕1套定子绕组，所述转子上的转子齿无绕组和永磁体；
[0008]所述开关磁阻电机为三相电机，分别为A、B、C三相；所述A相绕组包括A1、A2、A3、A4四个绕组，各绕组可单独控制，；所述B相绕组包括B1、B2、B3、B4四个绕组，各绕组可单独控制；所述C相绕组包括C1、C2、C3、C4四个绕组，各绕组可单独控制；所述开关磁阻电机采用三个五电平功率变换电路，A相四个绕组共用一个五电平功率变换电路，B相四个绕组共用一
个五电平功率变换电路，C相四个绕组共用一个五电平功率变换电路。
[0009]进一步的，所述A相四个绕组共用的一个五电平功率变换电路包括两个单极性电源U
A1
、U
A2
，四个绕组共用的开关管S
A1
，四个绕组共用的二极管D
A1
，A1绕组单独采用的两个开关管S
A11
、S
A12
以及三个二极管D
A11
、D
A12
、D
A13
；A2绕组单独采用的两个开关管S
A21
、S
A22
以及三个二极管D
A21
、D
A22
、D
A23
；A3绕组单独采用的两个开关管S
A31
、S
A32
以及三个二极管D
A31
、D
A32
、D
A33
；A4绕组单独采用的两个开关管S
A41
、S
A42
以及三个二极管D
A41
、D
A42
、D
A43
；
[0010]所述单极性电源U
A1
负极与单极性电源U
A2
正极以及二极管D
A1
正极串联，U
A1
正极与开关管S
A1
集电极、二极管D
A13
负极、二极管D
A23
负极、二极管D
A33
负极、二极管D
A43
负极串联；所述单极性电源U
A2
负极与开关管S
A12
发射极、开关管S
A22
发射极、开关管S
A32
发射极、开关管S
A42
发射极、二极管D
A11
正极、二极管D
A21
正极、二极管D
A31
正极、二极管D
A41
正极串联。所述二极管D
A1
负极与S
A1
发射极、S
A11
集电极、二极管D
A12
负极、二极管D
A13
正极、S
A21
集电极、二极管D
A22
负极、二极管D
A23
正极、S
A31
集电极、二极管D
A32
负极、二极管D
A33
正极、S
A41
集电极、二极管D
A42
负极、二极管D
A43
正极串联；
[0011]所述A1绕组左端与开关管S
A11
发射极、二极管D
A11
负极串联；所述A1绕组右端与开关管S
A12
集电极、二极管D
A12
正极串联；所述A2绕组左端与开关管S
A21
发射极、二极管D
A21
负极串联；所述A2绕组右端与开关管S
A22
集电极、二极管D
A22
正极串联；所述A3绕组左端与开关管S
A31
发射极、二极管D
A31
负极串联；所述A3绕组右端与开关管S
A32
集电极、二极管D
A32
正极串联；所述A4绕组左端与开关管S
A41
发射极、二极管D
A41
负极串联；所述A4绕组右端与开关管S
A42
集电极、二极管D
A42
正极串联。
[0012]进一步的，所述B相四个绕组共用的一个五电平功率变换电路包括两个单极性电源U
B1
、U
B2
，四个绕组共用的开关管S
B1
，四个绕组共用的二极管D
B1
，B1绕组单独采用的两个开关管S
B11...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机，其特征在于，包括：定子、转子、定子绕组和转轴，所述定子、转子为双凸极结构，所述定子上的定子齿各自缠绕1套定子绕组，所述转子上的转子齿无绕组和永磁体；所述开关磁阻电机为三相电机，分别为A、B、C三相；所述A相绕组包括A1、A2、A3、A4四个绕组，各绕组可单独控制，；所述B相绕组包括B1、B2、B3、B4四个绕组，各绕组可单独控制；所述C相绕组包括C1、C2、C3、C4四个绕组，各绕组可单独控制；所述开关磁阻电机采用三个五电平功率变换电路，A相四个绕组共用一个五电平功率变换电路，B相四个绕组共用一个五电平功率变换电路，C相四个绕组共用一个五电平功率变换电路。2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述A相四个绕组共用的一个五电平功率变换电路包括两个单极性电源U
A1
、U
A2
，四个绕组共用的开关管S
A1
，四个绕组共用的二极管D
A1
，A1绕组单独采用的两个开关管S
A11
、S
A12
以及三个二极管D
A11
、D
A12
、D
A13
；A2绕组单独采用的两个开关管S
A21
、S
A22
以及三个二极管D
A21
、D
A22
、D
A23
；A3绕组单独采用的两个开关管S
A31
、S
A32
以及三个二极管D
A31
、D
A32
、D
A33
；A4绕组单独采用的两个开关管S
A41
、S
A42
以及三个二极管D
A41
、D
A42
、D
A43
；所述单极性电源U
A1
负极与单极性电源U
A2
正极以及二极管D
A1
正极串联，U
A1
正极与开关管S
A1
集电极、二极管D
A13
负极、二极管D
A23
负极、二极管D
A33
负极、二极管D
A43
负极串联；所述单极性电源U
A2
负极与开关管S
A12
发射极、开关管S
A22
发射极、开关管S
A32
发射极、开关管S
A42
发射极、二极管D
A11
正极、二极管D
A21
正极、二极管D
A31
正极、二极管D
A41
正极串联。所述二极管D
A1
负极与S
A1
发射极、S
A11
集电极、二极管D
A12
负极、二极管D
A13
正极、S
A21
集电极、二极管D
A22
负极、二极管D
A23
正极、S
A31
集电极、二极管D
A32
负极、二极管D
A33
正极、S
A41
集电极、二极管D
A42
负极、二极管D
A43
正极串联；所述A1绕组左端与开关管S
A11
发射极、二极管D
A11
负极串联；所述A1绕组右端与开关管S
A12
集电极、二极管D
A12
正极串联；所述A2绕组左端与开关管S
A21
发射极、二极管D
A21
负极串联；所述A2绕组右端与开关管S
A22
集电极、二极管D
A22
正极串联；所述A3绕组左端与开关管S
A31
发射极、二极管D
A31
负极串联；所述A3绕组右端与开关管S
A32
集电极、二极管D
A32
正极串联；所述A4绕组左端与开关管S
A41
发射极、二极管D
A41
负极串联；所述A4绕组右端与开关管S
A42
集电极、二极管D
A42
正极串联。3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述B相四个绕组共用的一个五电平功率变换电路包括两个单极性电源U
B1
、U
B2
，四个绕组共用的开关管S
B1
，四个绕组共用的二极管D
B1
，B1绕组单独采用的两个开关管S
B11
、S
B12
以及三个二极管D
B11
、D
B12
、D
B13
；B2绕组单独采用的两个开关管S
B21
、S
B22
以及三个二极管D
B21
、D
B22
、D
B23
；B3绕组单独采用的两个开关管S
B31
、S
B32
以及三个二极管D
B31
、D
B32
、D
B33
；B4绕组单独采用的两个开关管S
B41
、S
B42
以及三个二极管D
B41
、D
B42
、D
B43
；所述单极性电源U
B1
负极与单极性电源U
B2
正极以及二极管D
B1
正极串联，U
B1
正极与开关管S
B1
集电极、二极管D
B13
负极、二极管D
B23
负极、二极管D
B33
负极、二极管D
B43
负极串联；所述单极性电源U
B2
负极与开关管S
B12
发射极、开关管S
B22
发射极、开关管S
B32
发射极、开关管S
B42
发射极、二极管D
B11
正极、二极管D
B21
正极、二极管D
B31
正极、二极管D
B41
正极串联。所述二极管D
B1
负极与S
B1
发射极、S
B11
集电极、二极管D
B12
负极、二极管D
B13
正极、S
B21
集电极、二极管D
B22
负极、二极管D
B23
正极、S
B31
集电极、二极管D
B32
负极、二极管D
B33
正极、S
B41
集电极、二极管D
B42
负极、二
极管D
B43
正极串联；所述B1绕组左端与开关管S
B11
发射极、二极管D
B11
负极串联；所述B1绕组右端与开关管S
B12
集电极、二极管D
B12
正极串联；所述B2绕组左端与开关管S
B21
发射极、二极管D
B21
负极串联；所述B2绕组右端与开关管S
B22
集电极、二极管D
B22
正极串联；所述B3绕组左端与开关管S
B31
发射极、二极管D
B31
负极串联；所述B3绕组右端与开关管S
B32
集电极、二极管D
B32
正极串联；所述B4绕组左端与开关管S
B41
发射极、二极管D
B41
负极串联；所述B4绕组右端与开关管S
B42
集电极、二极管D
B42
正极串联。4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述C相四个绕组共用的一个五电平功率变换电路包括两个单极性电源U
C1
、U
C2
，四个绕组共用的开关管S
C1
，四个绕组共用的二极管D
C1
，C1绕组单独采用的两个开关管S
C11
、S
C12
以及三个二极管D
C11
、D
C12
、D
C13
；C2绕组单独采用的两个开关管S
C21
、S
C22
以及三个二极管D
C21
、D
C22
、D
C23
；C3绕组单独采用的两个开关管S
C31
、S
C32
以及三个二极管D
C31
、D
C32
、D
C33
；C4绕组单独采用的两个开关管S...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳，吴苏，刘程子，刘泽远，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：