專利名稱：三開關(guān)式功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率變換器，尤其涉及一種適用于開關(guān)磁阻電動機的功率變換器。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)子無繞組、無永磁，定子僅有集中繞組，配套的開關(guān)電路也不復(fù)雜，具有效率高、控制方便、調(diào)速性能優(yōu)異、可靠性好、能適用惡劣環(huán)境等優(yōu)點，是目前電機研究的熱點之一。
在實際使用中，開關(guān)磁阻電動機各相電流按位置閉環(huán)控制保持一定的相序和一定的通斷時刻，換相時電機迅速向電源回饋能量，相繞組電流在電感上升區(qū)結(jié)束時迅速衰減到零，否則會產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩。由于電機轉(zhuǎn)子是反應(yīng)式結(jié)構(gòu)，只需單極性的變換器。但是，開關(guān)磁阻電動機繞組互感很小，不能利用繞組互感耦合將能量轉(zhuǎn)移到下一工作相，開關(guān)磁阻電動機的相電流沒有自然過零點，如果使用單極性輸出的變換器，必須進行強迫換相，這種續(xù)流方式不利于開關(guān)磁阻電動機系統(tǒng)性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種不改變開關(guān)磁阻電動機基本結(jié)構(gòu)，可加速換相過程、改善換相性能、提高開關(guān)磁阻電動機輸出功率的三開關(guān)式功率變換器。
2、技術(shù)方案本發(fā)明在現(xiàn)有的傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電動機不對稱半橋式功率變換器主電路的基礎(chǔ)上，利用在電機每相繞組串聯(lián)的線圈之間增加一個可控開關(guān)器件和兩個二極管構(gòu)成本發(fā)明提出的三開關(guān)式功率變換器?，F(xiàn)有的不對稱半橋式功率變換器的每相電路包括兩個可控開關(guān)器件和兩個續(xù)流二極管，可控開關(guān)器件與電機線圈串聯(lián)，一個續(xù)流二極管的陰極與電源正極相連，陽極連于可控開關(guān)器件與電機線圈之間；另一個續(xù)流二極管的陽極與電源負極相連，陰極連于可控開關(guān)器件與電機線圈之間。本發(fā)明的在兩個串聯(lián)的電機線圈之間增加了一個可控開關(guān)器件，并在該可控開關(guān)器件兩端與電源正極和負極之間分別加入一個二極管，其中一個二極管的陰極與電源正極相連，陽極連于電機線圈和附加可控開關(guān)器件之間；另一個二極管的陽極與電源負極相連，陰極連于電機線圈和附加可控開關(guān)器件之間，通過對附加的可控開關(guān)器件的控制確保能使每相繞組中的兩組線圈實現(xiàn)并、串聯(lián)自動變換。即在可控開關(guān)器件導(dǎo)通階段，常規(guī)開關(guān)磁阻電動機線圈串聯(lián)組成的繞組仍呈現(xiàn)串聯(lián)狀態(tài)，在可控開關(guān)器件關(guān)斷階段則轉(zhuǎn)成并聯(lián)狀態(tài)以成倍提高電機繞組續(xù)流時的換相電壓，提高換相效果。
3、有益效果本發(fā)明的優(yōu)點是在電機繞組續(xù)流時成倍增加了繞組兩端的反壓，加速電機換相過程，改善了換相性能，增加了輸出功率，有效減小了轉(zhuǎn)矩脈動，提高了效率，同時還可以有效地減小開關(guān)磁阻電機徑向力，能達到減小振動、降低噪音的效果。
四

圖1是開關(guān)磁阻電動機三開關(guān)功率變換器一相電路原理圖；圖2是常規(guī)開關(guān)磁阻電動機不對稱半橋式功率變換器一相主電路原理圖；圖3是開關(guān)磁阻電機一相繞組(L1、L2兩部分線圈)示意圖；圖4是開關(guān)磁阻電動機線圈電感、電流曲線示意圖。
圖5是采用三開關(guān)式功率變換器的開關(guān)磁阻電動機線圈電感、電流曲線示意圖；五具體實施方式
如圖1所示，開關(guān)磁阻電動機三開關(guān)功率變換器的每相電路包括兩個開關(guān)元件和兩個二極管，開關(guān)元件S1與電機線圈L1串聯(lián)，開關(guān)元件S2與電機線圈L2串聯(lián)，二極管D1的陰極與電源正極相連，開關(guān)元件S2與電機線圈L2之間；二極管D2的陽極與電源負極相連，陰極連于開關(guān)元件S3與電機線圈L1之間，在兩個串聯(lián)的電機線圈L1和L2之間串聯(lián)一個可控開關(guān)器件S3，并在該可控開關(guān)器件S3兩端與電源正極和負極之間分別加入一個二極管D3、D4作為輔助二極管，其中二極管D3的陰極與電源正極相連，陽極連于電機線圈L1和可控開關(guān)器件S3之間；二極管D4的陽極與電源負極相連，陰極連于電機線圈L2和可控開關(guān)器件S3之間。當(dāng)S1、S2、S3同時導(dǎo)通時，電源對電機線圈供電，繞組電流路徑為電源U+→S1→L1→S3→L2→S2→電源負極，電機繞組串聯(lián)，向外提供轉(zhuǎn)矩；當(dāng)S1、S2、S3關(guān)斷時，電機線圈并聯(lián)，將能量回饋電源，電流循電源負極→D2→L1→D3→電源正極和電源負極→D4→L2→D1→電源正極兩條并聯(lián)路徑向子電源回饋電能。
如圖3所示，以三相6/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機為例進行說明。圖中定、轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，定子齒設(shè)有集中繞組，轉(zhuǎn)子無繞組，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置變化時，各相磁路的磁阻及相繞組的電感也隨之改變，把線圈軸線(定子齒軸線)與轉(zhuǎn)子槽軸線重合位置定義為θ＝0°，該位置相電感為最小值Lmin；再定義定子相繞組軸線和轉(zhuǎn)子齒軸線重合位置其為θm，其時電感具有最大值Lmax。圖中所示的就是相電感L(θ)以轉(zhuǎn)子齒距角θr為周期而變化的關(guān)系曲線。從開關(guān)磁阻電動機電動運行機理來說，一般地，在電機線圈電感上升區(qū)(0～θm之間區(qū)域，如附圖4中θ1位置)控制附圖2中S1、S2導(dǎo)通，電源對電機繞組供電，電機線圈電流循電源正極→S1→L1→L2→S2→電源負極路徑變化；在電機線圈電感下降區(qū)(θm～θr之間區(qū)域，如附圖4中θ2位置)控制圖2中S1、S2關(guān)斷，此時，電機將磁能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電源，電機線圈電流循電源U-→D2→L1→L2→D1→電源正極路徑變化，波形如附圖4所示。該方案的缺陷是電機強迫換相時間長，且在電感下降區(qū)產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，影響系統(tǒng)出力。在不改變開關(guān)磁阻電動機基本結(jié)構(gòu)的前提下，本實施例的三開關(guān)式功率變換器的主電路新拓撲確保能通過對附加可控開關(guān)器件的簡單控制就可實現(xiàn)電機繞組串、并聯(lián)轉(zhuǎn)換，即在電源對電機繞組供電階段，常規(guī)開關(guān)磁阻電機線圈串聯(lián)組成的繞組可呈現(xiàn)串聯(lián)狀態(tài)，而在繞組換相階段則轉(zhuǎn)換為并聯(lián)狀態(tài)，當(dāng)S1、S2、S3同時導(dǎo)通時，電源對電機線圈供電，繞組電流路徑為電源正極→S1→L1→S3→L2→S2→電源負極，電機繞組串聯(lián)，向外提供轉(zhuǎn)矩；當(dāng)S1、S2、S3關(guān)斷時，電機線圈并聯(lián)，將能量回饋電源，電流循電源負極→D2→L1→D3→電源正極和電源負極→D4→L2→D1→電源正極兩條并聯(lián)路徑向電源回饋電能。電機線圈的電流波形如圖5所示，可以明顯看出換相性能得到了很大改善。
權(quán)利要求
1.一種三開關(guān)式功率變換器，其每相電路包括兩個開關(guān)元件(S1、S2)和兩個二極管(D1、D2)，開關(guān)元件(S1)與電機線圈(L1)串聯(lián)，開關(guān)元件(S2)與電機線圈(L2)串聯(lián)，二極管(D1)的陰極與電源正極相連，陽極連于開關(guān)元件(S2)與電機線圈(L2)之間；二極管(D2)的陽極與電源負極相連，陰極連于開關(guān)元件(S3)與電機線圈(L1)之間，其特征在于，該三開關(guān)式功率變換器的每相電路在兩個串聯(lián)的電機線圈(L1)和(L2)之間串聯(lián)一個可控開關(guān)器件(S3)，并在該可控開關(guān)器件(S3)兩端與電源正極和負極之間分別加入一個二極管(D3)、(D4)作為輔助二極管，其中二極管(D3)的陰極與電源正極相連，陽極連于電機線圈(L1)和可控開關(guān)器件(S3)之間；二極管(D4)的陽極與電源負極相連，陰極連于電機線圈(L2)和可控開關(guān)器件(S3)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三開關(guān)式功率變換器，在兩個串聯(lián)的電機線圈之間串聯(lián)有一個可控開關(guān)器件，并在該可控開關(guān)器件兩端與電源正極和負極之間分別加入一個二極管作為輔助二極管，其中一個二極管的陰極與電源正極相連，陽極連于電機線圈和可控開關(guān)器件之間；另一個二極管的陽極與電源負極相連，陰極連于電機線圈和可控開關(guān)器件之間，在電機繞組續(xù)流時能成倍增加繞組兩端的反壓，加速電機換相過程，改善了換相性能，增加輸出功率，有效減小轉(zhuǎn)矩脈動，提高效率，同時還可以有效地減小開關(guān)磁阻電機徑向力，能達到減小振動、降低噪音的效果。
文檔編號H02P6/00GK1848665SQ20061003933
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者劉闖, 周強, 朱學(xué)忠 申請人:南京航空航天大學(xué)