[实用新型]一种带中点电压有源调节的无中点电容裂相式功率变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及开关磁阻电机功率变换器领域，尤其涉及一种带中点电压有源调节的无中点电容裂相式功率变换器。

背景技术

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，以下简称SR电机）是上世纪八十年代出现的一种新型电机，由于SR电机具有结构简单坚固、可控参数多，控制灵活，效率高、起动性能好等优点，使其在电动车驱动系统、家用电器、通用工业、伺服驱动、矿山机械等领域得到了广泛应用。

SR电机正常运行，各相电流需要保持一定相序、有一定的通断时刻，功率变换器为SR电机驱动系统中重要的组成部分。SR电机的功率变换器由直流（或交流整流）电源供电，输出周期性的脉冲电流，供给SR电机以驱动其运行并实现各种控制。

SR电机的功率变换器，按开关管的排列位置可分为半桥式和裂相式等，按换相的续流方式可分为电感储能式、电容储能式、能耗式等多种拓扑形式。目前不对称半桥拓扑使用的最多，其适合各相SR电机且相间独立，但存在出线较多、开关器件多的缺点。对于2N相SR电机，采用裂相式拓扑使得开关器件数量减少一半、出线减少一半，功率变换器的成本降低和可靠性增强。因此，对于2N相SR电机常采用裂相式拓扑。

裂相式拓扑中，相绕组呈星型连接，中点与电源正负极间接有两个大电容，用于减小星型连接中点的电压脉动。但两个大电容的加入使得功率变换器的成本、体积增加，同时可靠性也降低，故相关的学者提出直接去掉中点处的两个大电容，即采用无中点电容的裂相式拓扑。该拓扑下SR电机绕组星型连接中点电压存在较大脉动，但SR电机能够正常运行且转矩脉动小，但是其输出功率与带中点电容的裂相式拓扑相比降低了很多。

裂相式拓扑中，各相绕组两端电压等于中点电压或直流电压与中点电压之差，通过研究表明中点电压对于SR电机换相、转矩脉动、振动噪声、效率等性能有着重要影响，而目前已经提出的带中点电容的、不带中点电容的裂相式拓扑的中点电压均不可控或不可直接控制，不易于对SR电机的性能进行调节及实现最优控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有2N相SR电机功率变换器不对称半桥拓扑开关器件和出线多、裂相式拓扑中点电压不可控制等诸多问题，提供一种带中点电压有源调节的无中点电容裂相式功率变换器拓扑，总开关器件数量仅为（2N+2），出线数仅为（2N+1），同时对加入的两个功率开关管采取不同的控制策略，产生相应的最优中点电压波形，可以加快绕组换相、增大电机的平均输出转矩、有效降低电机的转矩脉动、减小振动噪声、提高驱动系统的效率，提升SR电机系统的性能。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种带中点电压有源调节的无中点电容裂相式功率变换器，包含直流电源、电容、中点电压有源调节模块和N个两相电路模块，所述直流电源、电容、中点电压有源调节模块、N个两相电路模块并联， N为大于等于1的整数；

所述中点电压有源调节模块包含第一功率开关管和第二功率开关管，所述第一功率开关管的漏极与电源正极相连，所述第二功率开关管的源极与电源负极相连，所述第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极相连；

所述两相电路模块包含第一开关元件、第二开关元件、第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极通过第一开关元件与电源正极相连、阳极与电源负极相连，所述第二二极管的阳极通过第二开关元件与电源负极相连、阴极与电源正极相连。

使用时，将2N相SR电机的相绕组分成N组，分别对应于带中点电压有源调节的无中点电容裂相式功率变换器中N个两相电路模块、对于每组相绕组，包含2个相绕组，其中一个相绕组的一端与其对应的两相电路模块中的第一二极管的阴极相连、另一端与其对应的两相电路模块中的第一功率开关管的源极相连；另一个相绕组的一端与其对应的两相电路模块中的第二二极管的阳极相连，另一端与其对应的两相电路模块中的第一功率开关管的源极相连。

只需采用本实用新型提出的功率变换器拓扑，根据位置信号对主开关器件进行控制的同时，对中点处有源调节的两个功率开关管采取相应的控制策略，就可以使SR电机高效、可靠运行。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：