开关磁阻SR电机驱动主电路制造技术

一种开关磁阻SR电机驱动主电路，包括定子励磁绕组回路，在SR电机各相定子励磁绕组回路中串入可变电容器C的SR电机功率变换器，可通过调节可变电容器C的电容量，以减小其励磁绕组回路的阻抗Z值来增大电流，从而缩短电流的上升期与下降期。调节可变电容器电容量C的方式是通过检测励磁绕组回路当前的电流值，比较所配开关管和续流二极管允许的最大电流值，结合电机当前的负载特性匹配要求，经反馈控制来调节其电容量C，即调节励磁绕组回路的阻抗Z值。本发明专利技术能有效加快开关磁阻电机的励磁电流的上升期与下降期，从而提高电机在各种运行状态下的功效，特别适用于电动汽车频繁起停和多变工况的负载特性要求。

Switched reluctance SR motor drive main circuit

A switched reluctance motor drive SR main circuit, including the exciter stator winding circuit, SR motor power converter in SR motor stator excitation winding loop series variable capacitor C, by adjusting the capacitance variable capacitor C, to reduce the excitation winding loop impedance to increase current value Z thus, shorten the current rising period and declining period. Variable capacitor capacitance C of the way through the current detection loop of the excitation winding of the current value, compared with the maximum current switch and the freewheeling diode allows the value of combining the load characteristics of motor current matching requirements, through the feedback control to adjust the capacitance of C, namely Z impedance adjusting excitation winding loop value. The invention can effectively accelerate the excitation current of the switched reluctance motor's rise and decline period, so as to improve the efficiency in a variety of operating conditions of the motor, especially suitable for electric vehicles frequently start stop and changeful load characteristics.

【技术实现步骤摘要】
开关磁阻SR电机驱动主电路
本专利技术属于开关磁阻SR电机领域，涉及到开关磁阻SR电机驱动主电路的拓扑结构及其电路分析理论。
技术介绍
参照用附图1所示的SR电机线性电感L随转子位移角θ的变化关系图，即便于定性分析SR电机内部的基本电磁关系和基本特性，也能较好地说明SR电机在各种运行状态下的工作原理。它即决定于定、转子凸极间相互位置关系的电机磁路结构，也表明了各相绕组电感随定、转子凸极相重叠的间距而变化的各特征点位置角。并按所测得的各特征点位置角还可优化SR电机的控制策略。开关磁阻SR电机运行时是根据所测各相绕组的定子凸极与转子凸极间的相对位置角关系，通过开关管的接通与关断来控制各相绕组电流的流向，为与所带负载更好实现负载特性匹配，还需通过转速、电流双闭环反馈控制。在此以五相SR电机为例，现有的五相双开关型主电路如附图2所示：当开关管接通时，如图中B相绕组处用虚线所示，电源经过上下开关管TB1、TB2流入B相绕组电流；当开关管关断时，如图中C相绕组处用点划线所示，通过上下续流二极管DC1、DC2将C相绕组内原先的部分磁场储能以电流形式回馈给电源。
技术实现思路
为了克服现有技术对SR电机驱动控制中，在接通、关断电机绕组的通、断电过程中存在较长电流上升期与下降期的缺点。本专利技术提出了一种开关磁阻SR电机驱动主电路，在SR电机的各相定子励磁绕组回路内串入可变电容器C以缩短电流的上升期与下降期。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开关磁阻SR电机驱动主电路，包括定子励磁绕组回路，在SR电机各相定子励磁绕组回路中串入可变电容器C的SR电机功率变换器，通过调节可变电容器C的电容量，以减小其励磁绕组回路的阻抗Z值来增大电流，从而缩短电流的上升期与下降期。进一步，在SR电机各相定子励磁绕组回路中串入可变电容器C，调节可变电容器电容量C的方式是通过检测励磁绕组回路当前的电流值，比较所配开关管和续流二极管允许的最大电流值，结合电机当前的负载特性匹配要求，经反馈控制来调节其电容量C，从而调节励磁绕组回路的阻抗Z值。该方案达到下述三项目的：①缩短接通电流的上升期；②使励磁绕组回路在电流导通期的平均电流有效值，恰好刚满足负载对输出转矩的要求，以提高运行效率；③在关断的电流续流期，使当前电流值尽可能达到续流二极管允许的最大电流，从而更快地缩短电流下降的续流周期。更进一步，在SR电机各相定子励磁绕组回路中串入可变电容器C，所述可变电容器C采用集成电路组合而成。以便于对电容器电容量C的调节和扩大其电容量C的调节范围，并降低批量应用时的成本与体积。本专利技术的技术构思：附图1中τr为电机的电角度周期，也为转子极距宽；设转子凸极数为Nr，则τr＝360°/Nr＝βr+αr；βr为转子凸极距宽；αr为转子凹槽距宽；βs为定子凸极距宽；通常βr＞βs，αr＞βs。附图1中纵坐标为绕组电感L(θ)，横坐标为转子旋转的位置角θ。坐标原点θ＝0的基准点为特征点位置角θ0，对应于定子磁凸极轴线(也为相绕组的中心)与转子凹槽中心相重合的位置，此时由于气隙磁导最小，电感为最小值Lmin，所也称为最小电感Lmin的非对齐位置，并将定子磁凸极表面到转子槽底的距离称为第二气隙δj。随转子转动使位置角θ增大，当转至特征点位置角θ1时，转子极弧与定子极弧开始重合，忽略磁饱和等因素影响使电感随之线性增大。当转至整个定子凸极弧与转子凸极弧相重合时，两个极面间的空气隙距离称为第一气隙δ，且电感达到最大值Lmax，并在βr-βs内保持不变。随θ继续增大，定、转子极弧的重叠部分将线性减小，也使电感随之线性下降。在整个变化过程中随定、转子磁极重叠位置的增加与减少，各相电感也在Lmin和Lmax之间线性上升与下降，L(θ)的变化频率正比于转子凸极数Nr，其变化周期即为电机的电角度周期，为360°/Nr＝τr。利用附图1所示SR电机线性电感L随转子位移角θ的变化关系，即能更好地说明SR电机在各种运行状态下的工作原理：当绕组电感L随转角θ增加，即使定、转子凸极相重叠而随之上升时，也就是在特征点θ1～θ2区域内，给定子励磁绕组通入电流就能产生驱动性磁阻转矩而进入电动状态；反之在绕组电感L随转角θ的增加，即使定、转子凸极相分离而随之下降时，也就是在特征点θ3～θ4区域内，且其绕组内存在电流，则产生制动性转矩而进入发电回馈状态。并且在整个定、转子凸极重叠的特征点θ2～θ3区域内，给其绕组持续通电还能由电磁吸力产生电磁制动。由此也说明只要根据转角位置检测，控制各相开关管的导通角，就能方便切换各种运行状态，并具有极高的动态响应性。按上述利用附图1所述的SR电机工作原理说明：SR电机仅在每相绕组电感L随转角θ而增大的变化周期内，即在特征点θ1～θ2位置区通入电流时才产生驱动性转矩。由此按理想状态分析：希望转角刚到θ1时电流跃升为负载所需值，而刚进入θ2时电流瞬间降为零。但实际由于绕组电感L的存在，电流上升与下降均需有个变化过程的周期。为此对SR电机也就提出了应设法减小定子励磁绕组回路的阻抗要求。而利用电路分析理论所述，电感L与电容C串联后可使得其阻抗Z＝ωL-1/ωC，即在励磁绕组回路内串入电容可降低其阻抗Z值。如将电容C与绕组电感L串联，就理论来说希望电容C＝1/ω2L，如此就能使其阻抗Z＝ωL-1/ωC趋于0，即可极大加快电流上升期与下降期。再结合附图3所示的现有SR电机采用效率较高的角度位置控制APC方式驱动时的电流波形分析可知：一方面为使电流i(θ)在能产生驱动性转矩的θ1≤θ＜θoff区域内，有足够的输入电流平均有效值，以满足负载对输出转矩的要求，即需相应提前开通角θon位置，为此就要求在电机磁路结构设计中适当加大转子凹槽距宽αr，以增大开通角θon可调节范围θ-1～θ1＝αr-βs的区域，但由此也就减小了实行电磁制动的θ2～θ3＝βr-βs的区域。另一方面为使续流电流恰在电感上升期结束时(确保在电感进入下降区前)下降为零，以避免产生制动转矩，要求关断角θoff提前在能产生驱动性转矩的特征点θ1～θ2区域的一半位置角θhr处。由此说明若在励磁绕组回路内串入电容以降低其阻抗Z值，来加快电流上升期与下降期，同时相应改进电机磁路结构和延迟关断角θoff，即可扩大产生驱动转矩和电磁制动的运行区域，从而提高各种运行状态下的功效。特别适用于电动汽车频繁起停和多变工况的负载特性要求。再利用绕组电感L与电容C串联后所得阻抗Z＝ωL-1/ωC分析：由于绕组电感L值随转子凸极趋近于定子凸极而增大，即在Lmin～Lmax范围内变化；而角频率ω＝2лf，因电源不为正弦波交流电，为突跳的直流电，但也可分解为多次谐波分量，所以ω为与开关频率、电机转速相关的不定值。由此说明为降低绕组回路阻抗Z值，以加快电流上升期与下降期，要求在其绕组回路中串入可变电容器C。并要求电容量C不仅与当前运行时变化的角频率ω和绕组电感L有关；还与开关管及续流二极管能够承受的最大电流有关。本专利技术的有益效果主要表现在：通过按当前电机负载特性和绕组回路中的各器件相关参数，随时调节串入在各相定子励磁绕组回路中的可变电容器电容量C，以降低其阻抗Z值，来加快电流的上升期与下降期，同时也相应改进电机磁路结构和延迟关断角θoff，即可扩大产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关磁阻SR电机驱动主电路，包括定子励磁绕组回路，其特征在于：在SR电机各相定子励磁绕组回路中串入可变电容器C的SR电机功率变换器，可通过调节可变电容器C的电容量，以减小其励磁绕组回路的阻抗Z值来增大电流，从而缩短电流的上升期与下降期。

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻SR电机驱动主电路，包括定子励磁绕组回路，其特征在于：在SR电机各相定子励磁绕组回路中串入可变电容器C的SR电机功率变换器，可通过调节可变电容器C的电容量，以减小其励磁绕组回路的阻抗Z值来增大电流，从而缩短电流的上升期与下降期。2.如权利要求1所述的开关磁阻SR电机驱动主电路，其特征在于：调节可变电容器电容量C的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金懿，蒋伟，陈捷雷，王贵明，
申请(专利权)人：杭州小爻科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33