[發明專利]開關磁阻電機一種新型多電平拓撲及其控制方法

在審

• 申請號: 202110409126.4
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113131801A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 陳昊;段瑞敏;袁凌;褚景春;張珂;鞏士磊;王星
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;國電聯合動力技術有限公司;榮成市榮佳動力有限公司
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/14;H02P21/00;H02M1/088;H02M1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

開關磁阻電機一種新型混合橋臂多電平拓撲結構及其控制方法，該結構由左半部分飛跨電容箝位橋臂和右半部分不對稱半橋橋臂組合而成。稱相繞組可允許產生的最大電平數為該拓撲的電平數，則M(M為正整數)電平變換器共需(M?3)+1個功率開關管和(M?3)+1個功率二極管，M電平變換器左半橋臂共需(M?4)個飛跨電容，右半橋臂無飛跨電容，則M電平變換器共需(M?4)個電容。本發明的多電平拓撲為單直流源供電，左半橋臂器件的電壓應力為1/(M?3)電源電壓，右半橋臂器件的電壓應力恒為電源電壓，為開關磁阻電機的驅動提供了新型多電平拓撲方案。

技術領域

本發明設計開關磁阻電機一種新型多電平拓撲及其控制方法，屬于電力電子與電力傳動領域。

背景技術

用于開關磁阻電機驅動的多電平功率變換技術主要包括:多電平變換器拓撲、多電平調制策略及提高多電平逆變器運行性能的相關控制策略。但傳統的三種多電平變換器都是利用一種箝位器件來實現箝位功能，所需功率器件較多、結構復雜，造成體積大、效率低、成本高等問題，極大地限制了其實際應用范圍。特別是電平數較高情況下電容電壓冗余狀態過多，中性點電位及電容電壓平衡控制復雜，器件損耗和開關頻率間矛盾關系的問題，成為限制多電平變換器在實際中應用的主要因素。近些年來，很少有新型的用于開關磁阻電機驅動的多電平拓撲被提出和研究。僅有的一些拓撲或者是結構較為復雜，可拓展性不強，或者是其控制算法很復雜，不易于實現。針對這些現實問題，構建輸出相同電平數時，減小電容控制復雜程度，減少所用開關器件，降低損耗的多電平拓撲及其調制、控制策略來行之有效地解決以上問題，還未見報道。

發明內容

發明目的：

本發明提出一種開關磁阻電機一種新型多電平拓撲及其控制方法，其目的是解決傳統的用于開關磁阻電機驅動的不對稱飛跨電容多電平拓撲和不對稱二極管箝位多電平拓撲所用開關器件過多以及器件損耗過大的問題。該拓撲只需一個直流源供電。

技術方案：

圖1為開關磁阻電機一種新型M電平拓撲的一相拓撲結構，其特征在于：該結構由左半部分飛跨電容箝位橋臂和右半部分不對稱半橋橋臂組合而成。稱相繞組可允許產生的最大電平數為該拓撲的電平數，則M(M為正整數)電平變換器共需(M-3)+1個功率開關管和(M-3)+1個功率二極管，M電平變換器左半橋臂共需(M-4)個飛跨電容，右半橋臂無飛跨電容，則M電平變換器共需(M-4)個電容。拓撲為單直流源供電，左半橋臂器件的電壓應力為1/(M-3)電源電壓，右半橋臂器件的電壓應力恒為電源電壓。

開關磁阻電機一種新型混合橋臂多電平拓撲結構，所實施的拓撲的第一種控制方法，其特征在于：該方法采用左右橋臂綜合分析的方法，充分利用總調制占空比信號與各個開關占空比信號的數學關系，計算出相鄰電平切換時各開關的占空比，左半橋臂的各開關的占空比與高頻三角載波進行PWM調制產生所需的信號，右半橋臂由于是基頻調制，故無需與載波比較，將左半橋臂產生的信號與右半橋臂的信號綜合，再與開關磁阻電機的換向邏輯輸出和限流邏輯輸出進行與邏輯運算，最終產生三相各自的開關信號驅動本拓撲的開關工作。

開關磁阻電機一種新型混合橋臂多電平拓撲結構，所實施的拓撲的第二種控制方法，其特征在于：該方法采用一維空間矢量調制方式，利用伏秒平衡原理計算出各矢量作用時間，在各矢量作用的時間段內，利用電平具有冗余狀態，實現飛跨電容的平衡并輸出對應開關狀態，與開關磁阻電機的換向邏輯輸出和限流邏輯輸出進行與邏輯運算，最終產生三相各自的開關信號驅動本拓撲的開關工作。

開關磁阻電機一種新型混合橋臂多電平拓撲結構，其特征在于：通過分析輸出電壓與主開關管驅動邏輯的關系可知，除了最高和最低電平只對應一種開關狀態以外，介于最高和最低電平之間的電平數均具有冗余開關狀態與之對應，冗余的開關狀態可以用來實現該拓撲的容錯控制,懸浮電容電壓平衡控制，負電平與正電平對應的開關狀態個數相同。

附圖說明

圖1為開關磁阻電機一種新型混合橋臂M電平拓撲結構。