一种开关磁阻电机功率变换器及控制方法技术

本发明专利技术适用于功率变换器技术领域，提供了一种开关磁阻电机功率变换器及控制方法，应用于开关磁阻电机系统。开关磁阻电机功率变换器包括：四个开关支路、两个电容、四个开关管以及电源。当开关磁阻电机系统工作在低速模式时，电源电压的一半分配在电机的绕组上，此时功率变换器可以输出正负二分之一电源电压两种电平；当开关磁阻电机工作在高速模式时，将电源全压分配在绕组上，此时开关磁阻功率变换器可以输出正负电源电压两种电平；此外，开关磁阻功率变换器还具有各相绕组的零压续流状态，此时输出电平为零。本发明专利技术提供的开关磁阻电机功率变换器具有实现五种电平的输出能力，可以提高开关磁阻电机系统的整体控制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机功率变换器及控制方法
本专利技术属于功率变换器
，尤其涉及一种开关磁阻电机功率变换器及控制方法。
技术介绍
功率变换器通过调节导通时间来改变电机的输出功率，可保护负载不受电网波动的影响。开关磁阻电机功率变换器种类众多，在四相开关磁阻电动机中电容分压型开关磁阻电机功率变换器应用广泛。这种结构的主电路每一相只需一个开关管和一个续流二极管，各相的主开关管和续流二极管依次上下交替排布，直流电源被两个电容分压，得到的中点电位仅为直流电源的一半，通过电容和绕组不断地能量交换进行换相。然而电容分压型开关磁阻电机功率变换器在高速运行时转矩脉动大，电源的利用率低，仅适用于电源电压较高的场合，系统的控制性能低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种开关磁阻功率变换器，以解决现有技术中电容分压型开关磁阻电机功率变换器的电源利用率低的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种开关磁阻功率变换器，包括：第一电容、第二电容、第一开关支路、第二开关支路、第三开关支路、第四开关支路、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管以及电源；所述电源正极分别与所述第一开关支路的第一端、所述第二开关支路的第一端、所述第三开关支路的第一端以及所述第四开关支路的第一端连接；所述电源负极分别与所述第一开关支路的第二端、所述第二开关支路的第二端、所述第三开关支路的第二端以及所述第四开关支路的第二端连接；所述第五开关管的源极、所述第六开关管的漏极、所述第七开关管的源极和所述第二电容的第一端分别与所述第一端点连接；所述第七开关管的漏极连接所述第一电容的第一端；所述第二电容的第二端连接所述第八开关管的漏极；所述第五开关管的漏极以及所述第一电容的第二端连接所述电源的正极；所述第六开关管的源极以及所述第八开关管的源极连接所述电源的负极。本专利技术实施例第二方面提供了一种开关磁阻电机系统，包括：电机定子、电机转子、电机绕组、电流传感器、位置传感器、控制器以及如上所述的开关磁阻电机功率变换器；所述电流传感器用于检测所述电机绕组的电流数据，并将所述电流数据发送至所述控制器；所述位置传感器用于检测所述电机转子的位置数据，并将所述位置数据发送至所述控制器；所述控制器用于根据所述电流数据和所述位置数据生成控制电压，并将所述控制电压发送至所述开关磁阻功率变换器；所述开关磁阻功率变换器用于根据所述控制电压控制各个开关管的通断；所述电机绕组用于根据所述开关管的通断改变自身的电流；所述电机定子根据所述电机绕组的电流改变自身的磁场分布。本专利技术实施例第三方面提供了一种开关磁阻电机功率变换器控制方法，应用于如上所述的开关磁阻电机系统中的控制器，所述方法包括：控制开关磁阻电机功率变换器在低速模式下工作；根据位置数据计算电机转子的转速，并在所述电机转子的转速大于或等于第一临界转速时，控制所述开关磁阻电机功率变换器的工作模式由低速模式转换至高速模式；控制所述开关磁阻电机功率变换器在高速模式下工作。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术实施例提供了一种开关磁阻电机功率变换器及控制方法，应用在开关磁阻电机系统，当电机工作在低速模式时，电源电压的一半分配在电机绕组上，此时本实施例提供的开关磁阻功率变换器可以输出正负二分之一电源电压两种电平；当电机工作在高速模式时，将电源全压分配在电机绕组上，此时本实施例提供的开关磁阻功率变换器可以输出正负电源电压两种电平；此外，本实施例提供的开关磁阻功率变换器还增加了绕组的零压续流状态，零压续流状态下输出电压为零，从而实现五种电平的输出能力，提高系统的整体控制性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的开关磁阻电机功率变换器以及电机绕组的电路图；图2是本专利技术实施例提供的开关磁阻电机功率变换器低速模式中的A相绕组向B相绕组换相过程示意图；图3是本专利技术实施例提供的开关磁阻电机功率变换器低速模式中的A相绕组零压续流状态电流流向示意图；图4是本专利技术实施例提供的开关磁阻电机功率变换器由低速模式转换为高速模式的电流流向示意图；图5是本专利技术实施例提供的开关磁阻电机功率变换器高速模式中的A相绕组向B相绕组换相过程示意图；图6是本专利技术实施例提供的开关磁阻电机功率变换器高速模式中的A相绕组零压续流状态电流流向示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。图1为本专利技术实施例提供的开关磁阻电机功率变换器及电机绕组的电路图，参见图1，本专利技术实施例提供了一种开关磁阻电机功率变换器，包括：第一电容C1、第二电容C2、第一开关支路、第二开关支路、第三开关支路、第四开关支路、第五开关管VT5、第六开关管VT6、第七开关管VT7、第八开关管VT8以及电源US；电源正极US+分别与第一开关支路的第一端、第二开关支路的第一端、第三开关支路的第一端以及第四开关支路的第一端连接；电源负极US-分别与第一开关支路的第二端、第二开关支路的第二端、第三开关支路的第二端以及第四开关支路的第二端连接；第五开关管VT5的源极、第六开关管VT6的漏极、第七开关管VT7的源极和第二二极管C2的第一端分别与第一端点U0连接；第七开关管VT7的漏极连接第一电容C1第一端；第二电容C2的第二端连接第八开关管VT8的漏极；第五开关管VT5的漏极以及第一电容C1的第二端连接电源US的正极；第六开关管VT6的源极以及第八开关管VT8的源极连接电源的负极。在一个实施例中，第一开关支路包括第一开关管VT1和第一二极管VD1，第二开关支路包括第二开关管VT2和第二二极管VD2，第三开关支路包括第三开关管VT3和第三二极管VD3，第四开关支路包括第四开关管VT4和第四二极管VD4；第一开关管VT1的漏极为第一开关支路的第一端，第一开关管VT1的源极和第一二极管VD1的负极分别与第一开关支路的第三端连接，第一二极管VD1的正极为第一开关支路的第二端；第二二极管VD2的负极为第二开关支路的第一端，第二二极管VD2的正极和第二开关管VT2的漏极分别与第二开关支路的第三端连接，第二开关管VT2的源极为第二开关支路的第二端；第三开关管VT3的漏极为第三开关支路的第一端，第三开关管VT3的源极和第三二极管VD3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻电机功率变换器，其特征在于，包括：第一电容、第二电容、第一开关支路、第二开关支路、第三开关支路、第四开关支路、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管以及电源；/n所述电源正极分别与所述第一开关支路的第一端、所述第二开关支路的第一端、所述第三开关支路的第一端以及所述第四开关支路的第一端连接；所述电源负极分别与所述第一开关支路的第二端、所述第二开关支路的第二端、所述第三开关支路的第二端以及所述第四开关支路的第二端连接；/n所述第五开关管的源极、所述第六开关管的漏极、所述第七开关管的源极和所述第二电容的第一端分别与第一端点连接；所述第七开关管的漏极连接所述第一电容的第一端；所述第二电容的第二端连接所述第八开关管的漏极；所述第五开关管的漏极以及所述第一电容的第二端分别连接所述电源的正极；所述第六开关管的源极以及所述第八开关管的源极分别连接所述电源的负极。/n

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机功率变换器，其特征在于，包括：第一电容、第二电容、第一开关支路、第二开关支路、第三开关支路、第四开关支路、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管以及电源；
所述电源正极分别与所述第一开关支路的第一端、所述第二开关支路的第一端、所述第三开关支路的第一端以及所述第四开关支路的第一端连接；所述电源负极分别与所述第一开关支路的第二端、所述第二开关支路的第二端、所述第三开关支路的第二端以及所述第四开关支路的第二端连接；
所述第五开关管的源极、所述第六开关管的漏极、所述第七开关管的源极和所述第二电容的第一端分别与第一端点连接；所述第七开关管的漏极连接所述第一电容的第一端；所述第二电容的第二端连接所述第八开关管的漏极；所述第五开关管的漏极以及所述第一电容的第二端分别连接所述电源的正极；所述第六开关管的源极以及所述第八开关管的源极分别连接所述电源的负极。


2.如权利要求1所述的开关磁阻电机功率变换器，其特征在于，包括：所述第一开关支路包括第一开关管和第一二极管，所述第二开关支路包括第二开关管和第二二极管，所述第三开关支路包括第三开关管和第三二极管，所述第四开关支路包括第四开关管和第四二极管；
所述第一开关管的漏极为所述第一开关支路的第一端，所述第一开关管的源极和所述第一二极管的负极分别与所述第一开关支路的第三端连接，所述第一二极管的正极为所述第一开关支路的第二端；
所述第二二极管的负极为所述第二开关支路的第一端，所述第二二极管的正极与所述第二开关管的漏极分别与所述第二开关支路的第三端连接，所述第二开关管的源极为所述第二开关支路的第二端；
所述第三开关管的漏极为所述第三开关支路的第一端，所述第三开关管的源极与所述第三二极管的负极分别与所述第三开关支路的第三端连接，所述第三二极管的正极为所述第三开关支路的第二端；
所述第四二极管的负极为所述第四开关支路的第一端，所述第四二极管的正极与所述第四开关管的漏极分别与所述第四开关支路的第三端连接，所述第四开关管的源极为所述第四开关支路的第二端。


3.一种开关磁阻电机系统，其特征在于，包括：电机定子、电机转子、电机绕组、电流传感器、位置传感器、控制器以及如权利要求1-2任一项所述的开关磁阻电机功率变换器；
所述电流传感器用于检测所述电机绕组的电流数据，并将所述电流数据发送至所述控制器；
所述位置传感器用于检测所述电机转子的位置数据，并将所述位置数据发送至所述控制器；
所述控制器用于根据所述电流数据和所述位置数据生成控制电压，并将所述控制电压发送至所述开关磁阻功率变换器；
所述开关磁阻功率变换器用于根据所述控制电压控制各个开关管的通断；
所述电机绕组用于根据所述开关管的通断改变自身的电流；
所述电机定子根据所述电机绕组的电流改变自身的磁场分布。


4.一种如权利要求3所述的开关磁阻电机系统，其特征在于，所述电机绕组包括A相绕组、B相绕组、C相绕组和D相绕组；
所述A相绕组的第一端、所述B相绕组的第一端、所述C相绕组的第一端以及所述D相绕组的第一端连接所述开关磁阻电机功率变换器的第一端点；
所述A相绕组的第二端连接所述开关磁阻电机功率变换器第一开关支路的第三端；
所述B相绕组的第二端连接所述开关磁阻电机功率变换器第二开关支路的第三端；
所述C相绕组的第二端连接所述开关磁阻电机功率变换器第三开关支路的第三端；
所述D相绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙会琴，张琳，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北;13