[发明专利]一种用于开关磁阻电机的准谐振软开关功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关变换电路，尤其是用于开关磁阻电机的开关变换电路。

背景技术

开关磁阻电机（SRM）由于其起动转矩大、调速范围宽、控制灵活、适应恶劣环境以及成本较低等优良性能，在多电飞机、电动汽车、风力发电等军民用领域具有广阔的应用空间和巨大的发展潜力。同时，出色的高速性能，使得SRM常被用于高速驱动(比如机床主轴驱动)，随着功率器件开关频率的增加，SRM驱动器的开关损耗和电磁干扰也会增大，从而使系统效率降低，整体性能下降。同时，高的开关损耗会导致功率器件温升增大、寿命缩短甚至烧毁，严重威胁SRM驱动系统的安全运行。软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一。该技术通过在驱动电路中加入辅助器件，利用谐振原理以减小功率器件的电压与电流的重叠区域，从而降低开关损耗，抑制硬开关造成的电磁干扰。软开关在开关电源、无刷直流电机、异步电机等领域已达到较高的发展水平，先后出现了辅助谐振环流极，辅助准谐振直流环，有源钳位直流环等典型的拓扑结构，但由于开关磁阻电机与上述电机的电流变换规律有较大的差别，妨碍了其软开关拓扑结构在开关磁阻电机上的运用。随着开关磁阻电机的不断发展，也逐渐有适用于其功率变换器的软开关。文献“Development of an improved switched reluctance motor drive using a soft-switching converter”的电路，谐振电感位于母线上，电源提供的能量均通过该电感，使电感本身的容量、体积和损耗都比较大。文献“Development of a high-efficiency switched reluctance drive using soft-switching techniques”提出的电路只能实现相开关的零电压开通，由于相绕组上产生的反电势使开关上关断时的电压不能为零，无法实现软关断。文献“simulation study of resonant DC link inverter for current controlled switched reluctance motors”提出的方案只适合于单开关型SRD变换器，当电机低速运行时会产生较大的转矩脉动与噪声。文献“A capacitor-boosted soft-switched switched-reluctance motor drive”提出的电路在谐振回路中加入了变压器，增大了电路体积与损耗。文献“一种新型开关磁阻电机软开关功率变换器的研究”提出的电路只能实现不对称半桥结构上的开关的软开通与关断，并不能实现所有辅助开关的软开通与关断。

发明内容

为了克服现有软开关技术难以应用于开关磁阻电机、不对称半桥功率变换器功率密度低等不足，本发明提供一种能够实现不对称半桥功率器件软开关操作的电路，以降低开关磁阻电机中功率器件的开关损耗和电应力、抑制由硬开关引起的电磁干扰。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括一个直流电源、一个控制电路、一个不对称半桥功率变换器和一个谐振辅助电路；

本发明所述的直流电源是将交流电整流为直流电的整流电源或者电池串并联产生的直流电源；

本发明所述的不对称半桥功率变换器是连接直流电源和电动机绕组的功率开关部件；