[發明專利]一種變流器系統及具有該系統的定子直流勵磁電機

有效

• 申請號: 201611218212.2
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106655972B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 蔣棟;李安;賈少鋒;曲榮海;李大偉;孔武斌;高子晗
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08;H02P21/22;H02M7/5387
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李歡

本發明公開了一種變流器系統，其包括供電電源、定子直流勵磁電機和控制器，所述控制器包括變流器模塊，所述變流器模塊包括：N組容量不對稱的單相全橋逆變電路組成的變流器拓撲,用于控制所述直流勵磁電機的電流，所述容量不對稱的單相全橋逆變電路拓撲包括兩片大容量的開關器件，兩片大容量的二極管器件，兩片小容量的開關器件，兩片小容量的二極管器件；以及由N片驅動芯片及其外圍元器件組成的N相驅動電路，用于驅動所述變流器拓撲，從而實現對所述直流勵磁電機電流的控制。本發明還公開了一種具有該變流器系統的定子直流勵磁電機。本發明的變流器系統實現最優轉矩密度，增大變流器的功率密度，并降低電機控制系統的成本。

技術領域

本發明屬于逆交流電機與驅動控制領域，更具體地，涉及一種變流器系統及具有該系統的定子直流勵磁電機。

背景技術

應用電力電子變換器作為控制器是現代電氣傳動的主要方法。永磁電機具有高功率密度、高效率、高功率因數等優點，但永磁電機成本較高。而傳統的開關磁阻電機結構簡單、成本低，但由于其特有的供電方式，在開關關斷瞬間，存在較大的電流尖峰，因此電機的振動和噪聲很大，此外，電機的轉矩脈動也較大。這些缺點影響了開關磁阻電機在某些對振動和噪聲要求較高的場合的使用。近年來，有些學者提出了直流偏置正弦電流的游標電機。這種電機的相電流除了交變分量外，還含有直流分量。針對這種每相電流都包含交流和直流兩種分量的新型的定子直流勵磁電機，傳統的控制器采用完全對稱的單相全橋逆變器控制每相電流。由于定子直流勵磁電機電流的正負不對稱性，不同位置的電力電子器件的容量上存在優化的空間。定子直流勵磁電機存在更優化的控制器結構能夠使用容量更小的電力電子器件及其配套資源。

專利文獻CN106026823A公開了一種電機驅動器拓撲及控制算法，所述電機驅動器拓撲包括3n相電機、驅動器和控制器，所述n≥1且n為正整數，所述3n相電機通過驅動器連接電源，所述控制器通過驅動器控制3n相電機的工作狀態，所述驅動器采用橋式結構，所述橋式結構為n個三相橋式逆變電路，當n>1時，所述n個三相橋式逆變電路上、下串聯連接，所述3n相電機為n套三相繞組結構，所述控制算法為通過三相電機的空間矢量脈寬調制算法控制3n相電機的工作狀態。該發明的效果能夠驅動多相電機、結構簡單，控制算法簡便，系統可靠性高。

但是專利文獻CN106026823A公開的電機驅動器拓撲及控制算法存在如下問題：

(1)該電機驅動器拓撲只能驅動3n相的電機，不能驅動任意n相的電機。

(2)該電機驅動器拓撲及其控制算法只能實現傳統的SVPWM調制，輸出電流波形只能為不帶直流偏置的正弦波。對于定子側電流需要直流偏置的新型電機，該算法無法滿足控制要求。

(3)該電機驅動器拓撲沒有對功率器件進行優化選型，導致功率器件的冗余浪費，沒有實現功率器件的最優利用，系統功率密度低，經濟性差。

發明內容

針對現有技術的以上不足或改進需求，本發明提供一種變流器系統及具有該系統的定子直流勵磁電機，其目的在于通過對變流器拓撲的選擇，對功率開關器件的選擇與組合，在很好的實現定子直流勵磁電機控制的情況下，實現最優轉矩密度，增大變流器的功率密度，平衡各功率器件的壽命及發熱情況，并降低電機控制系統的成本。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種變流器系統，其包括供電電源、定子直流勵磁電機和控制器，所述控制器包括變流器模塊，所述變流器模塊包括：

N組容量不對稱的單相全橋逆變電路組成的變流器拓撲,用于控制所述所述直流勵磁電機的電流，所述容量不對稱的單相全橋逆變電路拓撲包括兩片大容量的開關器件，兩片大容量的二極管器件，兩片小容量的開關器件，兩片小容量的二極管器件；以及

由N片驅動芯片及其外圍元器件組成的N相驅動電路，用于驅動所述變流器拓撲，從而實現對所述直流勵磁電機電流的控制。

進一步地，所述開關器件不能流通反向電流。