[發明專利]操作開關磁阻電機的方法

在審

• 申請號: 201610920282.6
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN106921335A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: M.P.坦卡德;P.A.賽克斯;I.喬迪森
• 申請（專利權）人: 尼得科SR驅動有限公司
• 主分類號: H02P25/092
• 分類號: H02P25/092;H02P29/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 劉文潔

技術領域

本發明一般涉及開關磁阻電機及其操作。更具體地，盡管不是排他性地，本發明涉及使電機中的絕緣故障的檢測更容易。

背景技術

開關磁阻系統的特性和操作在本領域中是眾所周知的，并且例如在1993年6月21-24日在紐倫堡舉行的PCIM'93中由Stephenson和Blake發表的“The characteristics,design and application of switched reluctance motors and drives”中進行了描述，該文件通過引用并入本文。圖1以示意形式示出了典型的開關磁阻驅動器，其中開關磁阻電機12連接到負載19。直流電源11可以是電池或經整流和濾波的交流市電或一些其他形式的能量存儲。由電源11提供的DC電壓通過在電子控制單元14的控制下的功率轉換器13被切換到電機12的相繞組16兩端。為了驅動器的正常工作，該切換必須正確地與轉子的旋轉角同步，并且通常采用轉子位置檢測器15來提供對應于轉子的角位置的信號。轉子位置檢測器15可以采取許多形式，包括軟件算法的形式，并且其輸出也可以用于生成速度反饋信號。位置檢測器的存在和對完全取決于轉子的瞬時位置的激勵策略的使用導致對這些電機采用“轉子位置切換”的通用描述。

與其它電機一樣，勵磁線圈通過包括一層或多層絕緣材料的絕緣系統與電機的框架絕緣。通常，電機的不同部分具有不同類型的絕緣材料，這取決于這些不同部分的電氣和熱條件。絕緣系統的總體目的是將導電體與電機的框架隔離，出于安全原因，電機通常電接地，使得接觸電機的任何人不會暴露于潛在的危險電壓。類似地，用于電力電子設備和控制系統的外殼是接地的。在圖1中示意性地示出這種接地。

對于這種類型的電機，已知有許多不同的功率轉換器拓撲，其中幾個在上面提到的Stephenson論文中進行了討論。最常見的配置之一在圖2中示出，用于多相系統的單相，其中在母線26和27之間，電機的相繞組16與兩個開關裝置21和22串聯地連接。母線26和27統稱為轉換器的“直流鏈路”。能量恢復二極管23和24連接到繞組，以允許在開關21和22斷開時繞組電流流回到直流鏈路。低值電阻器28可以與下方的開關串聯連接以充當非隔離的電流感測電阻器。這是對圖1所示的隔離電流換能器18的替代布置。多相系統通常使用并聯連接的適當數量的圖2的相腳以供應整個系統，如圖3所示用于三相系統。

被稱為“直流鏈路電容器”的電容器25跨接直流鏈路，以產生(source)或吸收直流鏈路電流的不能從電源吸收或返回到電源的所有交流分量(即，所謂的“紋波電流”)。實際上，電容器25可以包括串聯和/或并聯連接的幾個電容器，并且在使用并聯連接的情況下，一些元件可以分布在整個轉換器中。

通常，相繞組被供電以按如下這樣影響轉子的旋轉。在轉子的第一角位置(稱為“接通角”，θ_on)，控制器14提供開關信號以接通兩個開關裝置21和22。當開關裝置21和22接通時，相繞組耦合到直流鏈路，導致在電機中建立漸增的磁通量。磁通量在氣隙中產生磁場，該磁場作用在轉子磁極上從而產生馬達轉矩。電機中的磁通量由從直流電源11流過開關21和22以及相繞組16的電流提供的磁動勢(mmf)支持。通常采用電流反饋，并且通過快速斷開或閉合開關裝置21和/或22中的一個或兩個來斬斷電流來對相電流進行控制。在馬達運行中，通常接通角θ_on被選擇為轉子位置，在該位置處轉子上的極間空間的中心線與定子極的中心線對齊，但接通角θ_on也可以是其它角度。

在許多系統中，相繞組保持連接到直流鏈路(或者如果利用了斬波則間歇地連接)，直到轉子旋轉到使得轉子達到所謂的“續流角”，θ_fw。當轉子到達對應于續流角的角位置時，開關之一，例如21被關斷。因此，流過相繞組的電流將繼續流動，但現在僅流過開關中的一個(在本示例中為22)并且僅流過二極管23/24中的一個(在本示例中為24)。在續流時間段期間，相繞組上的電壓降是小的，并且通量保持基本上恒定。電路保持在該續流狀態，直到轉子旋轉到稱為“關斷角”，θ_off的角位置(例如，當轉子極的中心線與定子極的中心線對齊時)。當轉子達到關斷角時，開關21和22都被關斷，相繞組23中的電流開始流過二極管23和24。二極管23和24于是在相反的方向施加來自直流鏈路的直流電壓，導致電機中的磁通量(并因此使相電流)減小。這種情況繼續下去，直到電流下降到二極管再次變得反向偏置并且電流停止的水平。