[發明專利]一種基于晶閘管的磁場調制開關磁阻電機驅動系統與控制方法

有效

• 申請號: 201911003556.5
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110798121B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 甘醇;高瑞卿;曲榮海;孔武斌
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P25/08
• 分類號: H02P25/08;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22;H02P27/08;H02M7/515
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種基于晶閘管的磁場調制開關磁阻電機驅動系統，屬于電機技術領域，包括：直流電源、多個單相逆變單元和直流注入橋臂；每個單相逆變單元包括組成逆變電路的上晶閘管、下晶閘管、中間開關管及其各自的反并聯二極管；各個單相逆變單元的輸出端口分別與開關磁阻電機的各相繞組的一端連接，為開關磁阻電機各相繞組注入帶直流偏置的正弦電流；直流注入橋臂與電機繞組中性點連接，為正弦電流的直流偏置分量提供流通路徑。本發明通過引入低成本的晶閘管和等效的SVPWM調制方法，在實現逆變功能的同時減少了IGBT數量，有效降低了系統成本和體積。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，更具體地，涉及一種基于晶閘管的磁場調制開關磁阻電機驅動系統與控制方法。

背景技術

隨著科技的進步和社會的發展，電氣化得到了快速的發展。電動汽車、軌道交通、工業機器人等新興行業的出現，電機作為機電能量轉換系統的核心，其重要性日益明顯。據統計，電機所消耗的電能約占全部用電量的60％。電機驅動的新型拓撲也受到了廣泛關注與研究。伴隨著現代電子技術的發展，開關磁阻電機被認為具有廣闊的發展前景。其結構簡單，轉子上沒有纏繞繞組也無需永磁體，魯棒性強，適合在惡劣的條件下運行。由于各相繞組的勵磁是相互獨立的，因此同時具有較強的容錯控制能力。隨著開關磁阻電機系統應用領域的不斷擴展，驅動場合的多樣性和復雜性，對電機驅動提出了更高的要求。

如圖1所示，傳統電機驅動拓撲包括：直流電源、多個單相逆變單元；每個單相逆變單元包括上開關管、下開關管及其各自的反并聯二極管；上開關管的集電極與直流電源正極連接，下開關管的發射極與直流電源負極連接；上開關管的發射極和下開關管的集電極連接作為單相逆變單元的輸出端口；三個單相逆變單元構成一個三相逆變橋，兩個三相逆變橋的輸出端分別接在定子繞組的兩端。每一個三相逆變橋都可以獨立輸出八個空間電壓矢量，電機繞組電壓為兩個逆變器輸出電壓矢量之和。調制時需要首先把參考電壓矢量分解為兩個逆變器輸出電壓矢量，再分別進行調制。

以圖1為例，現有開繞組逆變器結構一般需要十二個IGBT以構成兩個三相逆變橋，實現注入直流偏置正弦電流的功能，但由于開關管的大量使用，導致其具有成本高，體積大的缺點。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于晶閘管的磁場調制開關磁阻電機驅動系統及其控制方法，其目的在于解決傳統電機驅動拓撲需要大量的IGBT開關管，以實現注入直流偏置正弦電流的功能，造成系統成本高、體積大的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于晶閘管的磁場調制開關磁阻電機驅動系統，包括：直流電源、多個單相逆變單元和直流注入橋臂；

每個單相逆變單元包括上晶閘管、下晶閘管、中間開關管及其各自的反并聯二極管；所述上晶閘管的陽極與所述直流電源正極連接，所述下晶閘管的陰極與所述直流電源負極連接；所述中間開關管的集電極與上晶閘管的陰極和第一二極管的陰極連接，所述中間開關管的發射極與下晶閘管的陽極和第二二極管的陽極連接，所述第一開關管的陽極和第二開關管的陰極連接作為所述單相逆變單元的輸出端口；

各個所述單相逆變單元的輸出端口分別與開關磁阻電機的各相繞組的一端連接，用于為所述開關磁阻電機各相繞組注入帶直流偏置的正弦電流；所述開關磁阻電機各相繞組另一端相互連接，構成星型結構的中性點；

所述直流注入橋臂與所述中性點連接，用于為所述正弦電流的直流偏置分量提供流通路徑。

進一步地，所述直流注入橋臂包括上橋臂二極管和下橋臂開關管；

所述上橋臂二極管的陽極與所述下橋臂開關管的集電極連接，同時與所述開關磁阻電機的中性點連接；所述上橋臂二極管的陰極與直流電源正極連接；所述下橋臂開關管的發射極與直流電源負極連接。

進一步地，所述驅動系統還包括直流穩壓電容；所述直流穩壓電容并聯在所述直流電源的正負極接線端。