适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路制造技术

本申请提供适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，驱动拓扑电路包括四个桥臂，四个桥臂的两端分别与电源的正负极连接，电源的正极与第一开关管连接再与第一桥臂连接，第一桥臂由励磁绕组组成，第二桥臂由电容组成，第三桥臂由第二开关管和第三开关管串联组成，第四桥臂由第四开关管和第五开关管组成，电枢绕组的一端与第二开关管和第三开关管之间的导线连接、另一端与第四开关管和第五开关管之间的导线连接，第一桥臂的正极与第二桥臂的负极之间设置有二极管，调节第一开关管的占空比来调节电压至电机的额定电压等级，通过控制第二桥臂和第三桥臂的开关管的导通或关断来实现电枢绕组的正向导通及反向导通。断来实现电枢绕组的正向导通及反向导通。断来实现电枢绕组的正向导通及反向导通。

【技术实现步骤摘要】
适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路


[0001]本专利技术涉及电机
，更具体地，涉及适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)具有坚固耐用、调速范围广、启动转矩大等一系列优点，在宽转速与高功率范围内均具有高输出与高效率，非常适合应用于高速运行及恶劣的环境中。两相开关磁阻电机作为整个开关磁阻电机系列的一种，具有很多突出优势，在结构进一步简化的同时，减少了电机与驱动电路间的连线，此外，非对称大气隙结构也提高了电感比值，因此，在不要求同时具备正、反转向的场合中，具有自启动能力的两相开关磁阻电机具有突出优势。两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路中，A为电枢绕组，F为励磁绕组，+、﹣分别表示规定的绕组电流正负方向，该电机能实现正常运行的驱动要求是：在一个电周期内，励磁绕组单向持续导通，电枢绕组双向交替导通。
[0003]现有的电机驱动拓扑电路无法方便便捷解决电源电压与电机额定电压等级不匹配的问题，电源电压过低时需要额外升压设备，占用空间和额外的元器件增加能耗和降低可靠性，增加成本和损耗等，另外电源电压波动时会对电机输出产生影响，为了稳定电压变化，采用稳压设备或通过控制算法实现，这种方式增加算法复杂度和设备成本，若电源电压与电机额定电压等级不匹配，需要额外调节电源电压，提高了驱动控制成本，且电源电压过高时会增大开关管的导通损耗，降低开关管的寿命与控制系统效率。此外，如果母线电压出现电压波动变化，使用满容量或半容量电池供电，或使用经过整流的交流电源供电时，其电压变化较大，均会导致电机两端供电电压发生变化，影响电机输出性能。
[0004]有鉴于此，本申请提供适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，应用于电源电压与电机额定电压等级不匹配的情况以及电源电压波动的情况，消除母线电压变化对后面电机的影响，使得功率电路可以在多种电源电压等级的情况下正常应用，并且电路简单，成本低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，应用于电源电压与电机额定电压等级不匹配的情况，消除母线电压变化对后面电机的影响，使得功率电路可以在多种电源电压等级的情况下正常应用，并且电路简单，成本低。
[0006]适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，所述驱动拓扑电路包括四个桥臂，四个桥臂的两端分别与电源的正负极连接，电源的正极与第一开关管连接再与第一桥臂连接，第一桥臂由励磁绕组组成，第二桥臂由电容组成，第三桥臂由第二开关管和第三开关管串联组成，第四桥臂由第四开关管和第五开关管组成，电枢绕组的一端与第二开关管和第三开关管之间的导线连接、另一端与第四开关管和第五开关管之间的导线连接，第一桥臂的正极与第二桥臂的负极之间设置有二极管，调节第一开关管的占空比来调
节电压至电机的额定电压等级，通过控制第二桥臂和第三桥臂的开关管的导通或关断来实现电枢绕组的正向导通及反向导通。
[0007]在一些实施方式中，所述二极管的阳极与第二桥臂的负极连接、阴极与第一桥臂的正极连接，二极管起到反向的作用，所述第二开关管的一端与电源正极连接，第三开关管的一端与电源负极连接，第四开关管的一端与电源正极连接，第五开关管的一端与电源负极连接。
[0008]进一步的，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管为三极管。
[0009]进一步的，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管为NPN型三极管。
[0010]进一步的，所述第一开关管的集电极与电源正极连接、发射极与第一桥臂的正极连接、基极与调压控制信号输出端连接；励磁绕组的入线端与第一开关管的发射极连接、出线端与电源负极连接；电容的一端与电源正极连接、另一端与电源负极连接；第二开关管的集电极与电源正极连接、发射极与第三开关管的集电极连接、基极与电枢绕组正向导通控制信号输出端连接，第三开关管的发射极与第一开关管的发射极连接、基极与电枢绕组反向导通控制信号输出端连接；第四开关管的集电极与电源正极连接、发射极与第五开关管的集电极连接、基极与电枢绕组反向导通控制信号输出端连接，第五开关管的发射极与第一开关管的发射极连接、基极与电枢绕组正向导通控制信号输出端连接；电枢绕组的一端与第二开关管的发射极连接、另一端与第四开关管的发射极连接。
[0011]在一些实施方式中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第五开关管设置有内部二极管，电枢绕组通过第二桥臂和第三桥臂的开关管的内部二极管进行续流。
[0012]进一步的，所述内部二极管与开关管反向并联，内部二极管的阳极与开关管的发射极连接、阴极与开关管的集电极连接。
[0013]进一步的，在电力电子管中，所有的开关管无论IGBT还是MOSFET，其工艺和原理决定了这些管子只能控制单相导通关断，反向是二极管，因此，开关管内部天然内置有反并联的内部二极管。
[0014]在一些实施方式中，所述第一开关管关断，且第二开关管与第五开关管导通、第三开关管与第四开关管关断，电枢绕组正向导通；所述第一开关管关断，且第三开关管与第四开关管导通、第二开关管与第五开关管关断，电枢绕组反向导通；在一个电周期内，励磁绕组持续单向导通，通过励磁绕组的电流方向不变，电枢绕组双向交替导通，通过第一开关管控制对励磁绕组充放电。
[0015]进一步的，电枢绕组正向导通时，正向电流回路依次为：电容、第二开关管、电枢绕组和第五开关管；电枢绕组反向导通时，反向电流回路依次为：电容、第四开关管、电枢绕组和第三开关管。
[0016]进一步的，电枢绕组从正向导通状态转化为正向续流状态，电枢绕组通过电容、第三和第四开关管的内部二极管形成续流回路，第一开关管、第二开关管和第五开关管关断，其正向续流回路依次为：电容、第三开关管的内部二极管、电枢绕组和第四开关管的内部二极管；电枢绕组从反向导通状态转化为反向续流状态，电枢绕组通过电容、第二和第五开关
管的内部二极管形成续流回路，第一开关管、第三开关管和第四开关管关断，其反向续流回路依次为：电容、第五开关管的内部二极管、电枢绕组和第二开关管的内部二极管。
[0017]在一些实施方式中，通过调节第一开关管的占空比来调节电容电压进而调节电枢绕组电压，电源电压为V
dc
、第一开关管的占空比为α、电枢绕组两端电压为U0，则电源电压与电枢绕组电压的关系为：其中，α>0.5时升压，α<0.5时降压。因此当电源电压与电机电压等级不匹配时，该电路可以调节电源电压以使得输出电压与电机绕组电压相匹配。
[0018]在一些实施方式中，当第一开关管导通时，第一开关管与励磁绕组组成充电回路，电流方向依次为：电源正极、第一开关管、励磁绕组和电源负极，直流电源为励磁绕组充电；同时，电容通过第三桥臂和第四桥臂的开关管对电枢绕组进行供电，其中，电枢绕组正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，其特征在于，所述驱动拓扑电路包括四个桥臂，四个桥臂的两端分别与电源的正负极连接，电源的正极与第一开关管连接再与第一桥臂连接，第一桥臂由励磁绕组组成，第二桥臂由电容组成，第三桥臂由第二开关管和第三开关管串联组成，第四桥臂由第四开关管和第五开关管组成，电枢绕组的一端与第二开关管和第三开关管之间的导线连接、另一端与第四开关管和第五开关管之间的导线连接，第一桥臂的正极与第二桥臂的负极之间设置有二极管，调节第一开关管的占空比来调节电压至电机的额定电压等级，通过控制第二桥臂和第三桥臂的开关管的导通或关断来实现电枢绕组的正向导通及反向导通。2.如权利要求1所述的适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，其特征在于，所述二极管的阳极与第二桥臂的负极连接、阴极与第一桥臂的正极连接，二极管起到反向的作用，所述第二开关管的一端与电源正极连接，第三开关管的一端与电源负极连接，第四开关管的一端与电源正极连接，第五开关管的一端与电源负极连接。3.如权利要求2所述的适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管为三极管。4.如权利要求3所述的适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管为NPN型三极管；所述第一开关管的集电极与电源正极连接、发射极与第一桥臂的正极连接、基极与调压控制信号输出端连接；励磁绕组的入线端与第一开关管的发射极连接、出线端与电源负极连接；电容的一端与电源正极连接、另一端与电源负极连接；第二开关管的集电极与电源正极连接、发射极与第三开关管的集电极连接、基极与电枢绕组正向导通控制信号输出端连接，第三开关管的发射极与第一开关管的发射极连接、基极与电枢绕组反向导通控制信号输出端连接；第四开关管的集电极与电源正极连接、发射极与第五开关管的集电极连接、基极与电枢绕组反向导通控制信号输出端连接，第五开关管的发射极与第一开关管的发射极连接、基极与电枢绕组正向导通控制信号输出端连接；电枢绕组的一端与第二开关管的发射极连接、另一端与第四开关管的发射极连接。5.如权利要求1所述的适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，其特征在于，包括选自下组的一个或多个特征：(1)所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第五开关管设置有内部二极管，电枢绕组通过第二桥臂和第三桥臂的开关管的内部二极管进行续流；(2)所述第一开关管关断，且第二开关管与第五开关管导通、第三开关管与第四开关管关断，电枢绕组正向导通；所述第一开关管关断，且第三开关管与第四开关管导通、第二开关管与第五开关管关断，电枢绕组反向导通；在一个电周期内，励磁绕组持续单向导通，通过励磁绕组的电流方向不变，电枢绕组双向交替导通，通过第一开关管控制对励磁绕组充放电。6.如权利要求5所述的适用于宽电源电压的两相开关磁阻电机的驱动拓扑电路，其特征在于，包括选自下组的一个或多个特征：(1)所述内部二极管与开关管反向并联，内部二极管的阳极与开关管的发射极连接、阴极与开关管的集电极连接；(2)电枢绕组正向导通时，正向电流回路依次为：电容、第二开关管、电枢绕组和第五开
关管；电枢绕组反向导通时，反向电流回路依次为：电容、第四开关管、电枢绕组和第三开关管；(3)电枢绕组从正向导通状态转化为正向续流状态，电枢绕组通过电容、...

【专利技术属性】
技术研发人员：付东山，王连可，雷厉，贾泽宇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：