[發明專利]基于單個功率變換器驅動的雙開關磁阻電機運行控制系統

有效

• 申請號: 201610422147.9
• 申請日: 2016-06-15
• 公開（公告）號: CN105939134B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 甘醇;吳建華;孫慶國;胡義華;王寧;楊仕友
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P6/04
• 分類號: H02P6/04;H02P25/092
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明屬于電機技術領域，具體涉及一種基于單個功率變換器驅動的雙開關磁阻電機運行控制系統。

背景技術

開關磁阻電機(SRM)是一種新型的電機，其定子上無繞組，不需要永磁材料，由于其結構簡單、堅固，具有效率高、可靠性好、起動轉矩大、容錯性能好等一系列優點而成為一種極具競爭力的電機。近幾十年來，開關磁阻電機發展迅速，得到了越來越多的關注，并且已經在電動汽車、家用電器、航空、通用工業等領域中得到了不同程度的應用。

SRM的運行遵循“磁阻最小原理”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，使轉子鐵心在移動到磁阻最小位置，此時轉子的主軸線與磁場的軸線重合。開關磁阻電機可以根據實際的需求而被設計成不同的相數結構，并且定、轉子的極數有多種不同的搭配，圖1所示為三相12/8結構的開關磁阻電機，圖2則為及最常采用的不對稱半橋式功率變換器示意圖。開關磁阻電機在運行過程中，繞組電壓有三種運行狀態，以A相繞組導通區間為例：當上管S₁和下管S₂均開通時，電源向繞組供電，繞組兩端承受正電壓U_dc，此為勵磁狀態，如圖3(a)所示；當上管S₁關斷下管S₂開通時，繞組兩端電壓為零，為零電壓續流狀態，如圖3(b)所示；當開關管S₁、S₂均關斷，電流通過續流二極管D₁和D₂進行續流，繞組兩端承受負電壓-U_dc，為負電壓續流狀態，如圖3(c)所示。

隨著現代工業技術的不斷發展，對電機系統的性能和可靠性要求越來越高。在實際工作中，有時候為了能夠輸出更大的轉矩以承載更大的負荷，或者為了保證系統運行的可靠性，往往采用雙電機系統。此外，類似機器人的手臂關節等需要三自由度運動的復雜動作僅僅依靠單臺電機是很難實現的，因此也要采用雙電機系統。即使是在相同的輸出轉矩情況下，雙電機的總轉動慣量要比單電機系統小的多，有助于電機系統運行時的電能消耗減少。

傳統的雙開關磁阻電機運行系統往往需要兩套功率變換器以及各自的電源分別實現對兩臺電機的控制，極大的增加了系統的成本和故障點。如果采用一個功率變換器，而將兩臺開關磁阻電機的各相對應定子繞組簡單串聯或者并聯起來進行控制，又會引起兩臺電機定子線圈之間的互相干擾，影響電機在運行時的穩定性和可靠性。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術缺陷，在傳統的開關磁阻電機驅動拓撲的基礎上，本發明提出了一種基于單個功率變換器驅動的雙開關磁阻電機運行控制系統，只需要一個功率變換器就能實現對兩臺開關磁阻電機運行驅動控制。

基于單個功率變換器驅動的雙開關磁阻電機運行控制系統，其特征在于，包括一個直流電源、兩臺開關磁阻電機、一個功率變換器、一個位置檢測器、六個電流傳感器以及一個控制器；其中：

所述的直流電源為兩臺開關磁阻電機提供勵磁；

所述的兩臺開關磁阻電機均為三相12/8結構電機且處于同步運行狀態，定義第一臺電機的三相定子繞組分別為A₁、B₁和C₁，第二臺電機的三相定子繞組分別為A₂、B₂和C₂；

所述的功率變換器控制兩臺開關磁阻電機各相定子繞組的通斷；

所述的位置檢測器用于檢測獲取開關磁阻電機的轉子位置信息；

所述的電流傳感器用于檢測兩臺電機的三相定子繞組電流；

所述的控制器根據轉子位置和繞組電流給功率變換器中的功率開關管提供控制信號，實現對兩臺開關磁阻電機的控制。