[發明專利]含智能功率模塊的開關磁阻電機功率電路裝置及實現方法

有效

• 申請號: 200710059957.3
• 申請日: 2007-10-19
• 公開（公告）號: CN101145747A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 孫鶴旭;董硯;鄭易;梁濤;王磊靜;王娜
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00;H02P6/08;H02H7/08
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 趙敬

技術領域

本發明屬于以智能功率模塊(Intelligent?Power?Modules，簡稱IPM)代替傳統的功率器件的功率電路實現方法及其裝置，特別涉及一種基于七單元IPM的開關磁阻電機(SwitchedReluctance?Motor，簡稱SRM)功率電路及實現方法。

背景技術

目前，常用的四相電機功率變換器電路主要是雙極性電源型和不對稱半橋型。雙極性電源型功率變換器的主要優點是每相只使用一只主開關，未能用足開關器件的額定電壓和電源的容量。在雙相運行時，相電流可能流過dL/dθ<0的區域，這時電動轉矩的有效性將降低，而且，當兩相同時通電時，電機磁路飽和加劇，進一步降低了電流產生電動轉矩的有效性。不對稱半橋型雖然用足了主開關管的額定電壓，可避免電機與電源間的無功能量交換，在增加轉矩、提高功率變換器容量的利用率、減少斬波次數、抑制電源電壓波動、降低轉矩脈動方面都是有利的，但是每一相都需要兩只主開關，未能充分體現較其他交流調速系統變流器固有的優勢。從性能上看，不對稱半橋型較之雙極性電源型有很大優勢，其唯一不足是所用開關器件數量多，明顯增加了功率變換器的成本，經濟性差。主要應用在高電壓大功率而且相數較少的場合。為了保持不對稱橋式變換器的優良性能，又盡量減少元件，進而出現了不少拓撲結構，在不對稱半橋型的基礎上作了部分改進，諸如增加電容的電容式儲能變換器。用此方式來將能量從附加電容傳到下一個繞組中，可以保證電容不會過放電或者是過充電，關閉電壓可以得到精確控制。不足之處在于元件數量增多，控制難度較大，而且器件的設計要求達到高頻，但是僅在電機繞組開通或關斷時工作，造成一定的浪費。(“(8/6極)開關磁阻電動機功率電路的設計和保護”，2006.3，《微電機》)。對四相(8/6極)開關磁阻電機調速系統而言，采用雙相運行時，因為其中兩相間的電流一般不會重疊，因此，在傳統的不對稱半橋型結構中，兩相一組分別可共用一只上橋臂主開關(共用一只下臂時相對需多增加兩套獨立的驅動電路供電電源，增加了成本)，從而減少兩個主開關。如果系統采用三相交流電源供電時，由三相整流器和可控功率器件及其他相關器件組成功率開關電路。由于開關磁阻電機定子繞組的電流是單向的，功率開關元件與電機繞組相串聯，這使得功率電路設計簡單化，并且不會出現類似變頻器的上下橋臂由于控制錯誤而造成直通短路的嚴重事故，故而開關磁阻電機調速系統的主電路具有很高的工作可靠性。

開關磁阻電機功率變換電路主開關器件的選擇與電動機的功率等級、供電電壓、峰值電流、成本等有關，還與主開關器件本身的開關速度、觸發難易、開關損耗、抗沖擊性、耐用性及市場普及性有關系。迄今為止，晶閘管(SCR)是使用時間最長、伏安容量最大的半導體器件，而且價格便宜。但是SCR無自關斷能力?？申P斷晶閘管(GTO)具有普通晶閘管的全部優點，如耐壓高、電流大、浪涌能力強和價格低，同時又具有雙極型功率晶閘管(GTR)的一些優點，具有自關斷能力、工作頻率較高，使用方便，由于給GTO提供較大的反向門極電流不是件容易的事，所以選用可關斷晶閘管作為功率電路的開關并不廣泛。GTR的開關頻率高，具有自關斷能力，在中、小容量的開關磁阻電機調速系統中得到廣泛應用。但GTR輸入阻抗小，要求驅動電路的功率很大。功率場效應管(MOSFET)是一種單極型的電壓控制器件，驅動功率小、驅動電路簡單、開關速度快、無二次擊穿問題、安全工作區寬、熱穩定性好。適用于低電壓、小功率的開關磁阻電機調速系統中。它的缺點是較GTR的通態壓降大。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是80年代出現的新型復合開關元件，是MOSFET和GTR復合而成的，它綜合了MOSFET和GTR的優點，具有前者的輸入阻抗高、速度快、熱穩定性好和驅動電路簡單的特點，又具有后者的通態電壓低、耐壓高和承受大電流的特點，但大功率IGBT需要專門的驅動電路，同時還需要用戶設計各種保護電路，給其應用帶來諸多不便。??(“開關磁阻電機功率變換器主電路拓撲的研究”，2003.6，《電機電器技術》)。

發明內容