一种具有功率因数校正充电功能的开关磁阻电机控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种PFC充电功能的开关磁阻电机控制系统，只用在开关磁阻电机控制主电路加入一个继电器，便可实现开关磁阻电机电动模式和PFC充电模式的切换。在电动模式下，开关磁阻电机控制与一般开关磁阻电机的控制没有差别。当切换至充电模式时，可利用开关磁阻电机主电路的二极管进行不控整流，利用其单相绕组和开关器件进行PFC控制，实现高功率因数，获得稳定的前级输出电压，并减少电流谐波的产生，避免充电产生的电流谐波对电网的污染。通过复用开关磁阻电机的单相绕组和开关器件用作不控整流和PFC控制，有利于降低成本，缩小充电系统体积。只使用开关磁阻电机的单相绕组用于充电，避免充电时电机转矩的产生，无需额外的机械抱死装置。

A Switched Reluctance Motor Control System with Power Factor Correction Charging Function

【技术实现步骤摘要】
一种具有功率因数校正充电功能的开关磁阻电机控制系统
本专利技术涉及电机
，更具体地，涉及一种具有功率因数校正(PowerFactorCorrection，PFC)充电功能的开关磁阻电机控制系统。
技术介绍
随着人类社会的进步与发展，环境问题越来越受到全世界人们的重视。清洁能源的利用已成为保护环境节能减排的关键所在。我国能源消耗量巨大，大部分能量来源为非可再生的煤和石油，大量使用煤和石油将会带来一系列的环境问题，如雾霾、水源的污染、全球气候变暖等。电动汽车和混合动力汽车以电能作为驱动能源，相比于传统的内燃机汽车，电动汽车和混合动力汽车具有污染小的优势，非常适用于城市交通出行，可以有效地减少城市汽车尾气排放，绿色、经济、健康、环保。现在主流的电动汽车电机为永磁电机，但永磁电机中的永磁体需用到具有战略意义的稀土资源，这不仅使得制造电机的成本提升，而且稀土资源的大量开采更是对环境的一种破坏。除此之外，永磁体在高温高速时，会产生退磁现象，直接导致其可靠性的下降。开关磁阻电机不需要永磁体，这就避免了稀土资源的使用，此外开关磁阻电机具有结构简单坚固，控制灵活，启动转矩高，可靠性高，容错能力强的优点，同样可以用作电动汽车和混合动力汽车的驱动电机。不管是混合动力汽车还是纯电动汽车，电池的充电装置都必不可少，但充电时，传统的不控整流电路不仅功率因数较低，而且会产生大量的电流谐波，污染电网。基于Boost电路的PFC控制系统可以有效地抑制电流谐波的产生，实现高功率因数，与此同时也能得到稳定的前级输出电压，目前已得到大量的运用。对于电池充电加入额外的基于Boost电路的PFC控制系统，无疑会增加系统的体积、复杂度和成本。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有技术中开关磁阻电机应用到电动车领域后，对于电池充电需要加入额外的基于Boost电路的PFC控制系统，会增加系统的体积、复杂度和成本的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种具有功率因数校正充电功能的开关磁阻电机控制系统，包括：开关磁阻电机和继电器；所述开关磁阻电机包括三相定子绕组，由三相不对称半桥控制；每相不对称半桥均包括上开关管、上续流二极管、下开关管以及下续流二极管；三相不对称半桥分别连接三相定子绕组；所述继电器接入直流母线，位于三相不对称半桥中第一相不对称半桥的上开关管和上续流二极管之间；当继电器闭合时，所述开关磁阻电机工作在电动模式；所述电动模式为各相定子绕组工作在零电压续流状态，或直流母线电压与各相定子绕组形成回路使得各相定子绕组工作在激励状态或退磁状态；当继电器关断时，所述开关磁阻电机工作在功率因数校正PFC充电模式；所述PFC充电模式为所述三相不对称半桥中第二相不对称半桥和第三相不对称半桥接入交流电，通过第二相不对称半桥和第三相不对称半桥整流得到中间直流电，所述中间直流电通过第一相的定子绕组以及第一相不对称半桥组成的升压Boost电路实现PFC控制后输出最终直流电用以充电。可选地，该控制系统还包括：交流电压传感器和直流母线电压传感器；所述交流电压传感器，在开关磁阻电机工作在充电模式时，用于实时检测充电的交流电的幅值和相位，所得交流电的幅值和相位作为控制信息，进入控制闭环，实现电网侧充电电流谐波的消除与功率因数的提升，以满足充电模式下开关磁阻电机控制系统的工作需求；所述直流母线电压传感器，在开关磁阻电机工作在电动模式时，用于实时检测输入开关磁阻电机的直流母线电压，以确保控制系统稳定正常运行；所述直流母线电压传感器，在开关磁阻电机为充电模式时，用于实时检测第一相不对称半桥输出的充电电压，所得充电电压作为控制信息，进入控制闭环，实现充电电压闭环控制，以满足充电模式下开关磁阻电机控制系统的工作需求。可选地，该控制系统还包括：电流传感器、位置传感器以及控制器；所述电流传感器，用于检测三相定子绕组上对应的三相绕组电流；所述位置传感器，用于检测电机转子的位置；所述控制器，用于根据三相绕组电流、转子位置以及所述开关磁阻电机的工作需求为三相不对称半桥驱动电路中的功率开关器件提供控制信号。可选地，所述三相不对称半桥与三相定子绕组和继电器的连接关系具体为：第一相不对称半桥上开关管一端连接继电器的一端，上续流二极管的一端连接继电器的另一端，下开关管的一端和下续流二极管的一端连接，上开关管的另一端和下续流二极管的另一端均连接第一相定子绕组的一端，上续流二极管的另一端和下开关管的另一端均连接第一相定子绕组的另一端；第二相不对称半桥上开关管的一端和上续流二极管的一端连接，下开关管的一端和下续流二极管的一端连接，上开关管的另一端和下续流二极管的另一端均连接第二相定子绕组的一端，上续流二极管的另一端和下开关管的另一端均连接第二相定子绕组的另一端；第三相不对称半桥与第三相定子绕组的连接关系与第二相不对称半桥与第二相定子绕组的连接关系相同；当所述继电器断开时，将交流电的一端连接第二相定子绕组的一端，另一端连接第三相定子绕组的一端，连接第二相定子绕组的上开关管和下续流二极管以及连接第三相定子绕组的上开关管和下续流二极管构成所述交流电的单相不控整流电路；连接第一相定子绕组的上开关管导通，下开关管用于Boost和PFC控制，第一相电机绕组用作升压电感，直流母线电容用作稳压电容，开关磁阻电机工作于PFC充电模式。需要说明的是，本专利技术中的第一、第二…仅用于区分不同位置的部件，并不具有其他任何限定作用。具体地，开关磁阻电机的三相包括A相、B相和C相。第一相不对称半桥应该是靠近电池的一相，例如可以为C相。本申请以下实施例中仅以第一相不对称半桥为C相为例进行举例说明。可选地，所述开关磁阻电机工作于电动模式时，每相有三种工作状态：当该相不对称半桥的上开关管和下开关管导通时，直流母线电压加到该相定子绕组两端，该相电流上升，该相工作在激励状态；当该相不对称半桥的上开关管关断，下开关管导通时，该相电流通过该相定子绕组、下续流二极管和下开关管构成零电压回路，该相电压为零，该相工作在零电压续流状态；当该相不对称半桥的上开关管和下开关管关断时，该相电流通过该相定子绕组、下续流二极管和上续流二极管流回直流母线电压，该相工作在退磁状态。可选地，所述继电器断开时，所述开关磁阻电机的PFC充电模式工作状态为：当连接第一相定子绕组的下开关管导通时，所述单相不控整流电路所得电压加在第一相电机绕组两端，对第一相电机绕组进行充电，第一相电机绕组上的电流线性上升。可选地，所述继电器断开时，所述开关磁阻电机的PFC充电模式工作状态为：当连接第一相定子绕组的下开关管关断时，所述单相不控整流电路所得电压和第一相电机绕组上的电压共同对外输出。可选地，通过采集所述PFC充电模式输出的电压和电网网侧电压，实现对电网网侧电流的谐波抑制控制，提高网侧的功率因数，与此同时获得稳定可控的前级输出电压，从而实现PFC控制。可选地，每相不对称半桥包括的上开关管和下开关管均反向并联一个二极管。可选地，每相不对称半桥包括的上续流二极管和下续流二极管均采用快速恢复二极管。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术公开了一种具有PFC充电功能的开关磁阻电机控制系统，通过额外加入的继电器复用开关磁阻电机其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有功率因数校正充电功能的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，包括：开关磁阻电机和继电器；所述开关磁阻电机包括三相定子绕组，由三相不对称半桥控制；每相不对称半桥均包括上开关管、上续流二极管、下开关管以及下续流二极管；三相不对称半桥分别连接三相定子绕组；所述继电器接入直流母线，位于三相不对称半桥中第一相不对称半桥的上开关管和上续流二极管之间；当继电器闭合时，所述开关磁阻电机工作在电动模式；所述电动模式为各相定子绕组工作在零电压续流状态，或直流母线电压与各相定子绕组形成回路使得各相定子绕组工作在激励状态或退磁状态；当继电器关断时，所述开关磁阻电机工作在功率因数校正PFC充电模式；所述PFC充电模式为所述三相不对称半桥中第二相不对称半桥和第三相不对称半桥接入交流电，通过第二相不对称半桥和第三相不对称半桥整流得到中间直流电，所述中间直流电通过第一相的定子绕组以及第一相不对称半桥组成的升压Boost电路实现PFC控制后输出最终直流电用以充电。

【技术特征摘要】
1.一种具有功率因数校正充电功能的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，包括：开关磁阻电机和继电器；所述开关磁阻电机包括三相定子绕组，由三相不对称半桥控制；每相不对称半桥均包括上开关管、上续流二极管、下开关管以及下续流二极管；三相不对称半桥分别连接三相定子绕组；所述继电器接入直流母线，位于三相不对称半桥中第一相不对称半桥的上开关管和上续流二极管之间；当继电器闭合时，所述开关磁阻电机工作在电动模式；所述电动模式为各相定子绕组工作在零电压续流状态，或直流母线电压与各相定子绕组形成回路使得各相定子绕组工作在激励状态或退磁状态；当继电器关断时，所述开关磁阻电机工作在功率因数校正PFC充电模式；所述PFC充电模式为所述三相不对称半桥中第二相不对称半桥和第三相不对称半桥接入交流电，通过第二相不对称半桥和第三相不对称半桥整流得到中间直流电，所述中间直流电通过第一相的定子绕组以及第一相不对称半桥组成的升压Boost电路实现PFC控制后输出最终直流电用以充电。2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，还包括：交流电压传感器和直流母线电压传感器；所述交流电压传感器，在开关磁阻电机工作在充电模式时，用于实时检测充电的交流电的幅值和相位，所得交流电的幅值和相位作为控制信息，进入控制闭环，实现电网侧充电电流谐波的消除与功率因数的提升，以满足充电模式下开关磁阻电机控制系统的工作需求；所述直流母线电压传感器，在开关磁阻电机工作在电动模式时，用于实时检测输入开关磁阻电机的直流母线电压，以确保控制系统稳定正常运行；所述直流母线电压传感器，在开关磁阻电机为充电模式时，用于实时检测第一相不对称半桥输出的充电电压，所得充电电压作为控制信息，进入控制闭环，实现充电电压闭环控制，以满足充电模式下开关磁阻电机控制系统的工作需求。3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，还包括：电流传感器、位置传感器以及控制器；所述电流传感器，用于检测三相定子绕组上对应的三相绕组电流；所述位置传感器，用于检测电机转子的位置；所述控制器，用于根据三相绕组电流、转子位置以及所述开关磁阻电机的工作需求为三相不对称半桥驱动电路中的功率开关器件提供控制信号。4.根据权利要求1至3任一项所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，所述三相不对称半桥与三相定子绕组和继电器的连接关系具体为：第一相不对称半桥上开关管一端连接继电器的一端，上续流二极管的一端连接继电器的另一端，下开关管的一端和下续流二极管的一端连接，上开关管的另一端和下续流二极管的另一端均连接第一相定子绕组的一端，上续流二极管的另一端和下开关管的另一端均连接第一相定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘醇，孟凡裕，曲荣海，孔武斌，孙剑波，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42