[发明专利]自励高速开关磁阻电机功率变换器系统

说明书

自励高速开关磁阻电机功率变换器系统，由多个功率变换支路及输出电容器并联而成，每相绕组所在的每个功率变换支路可根据转子位置信息独立工作，每相绕组串联一个开关管，开关管闭合导通后励磁，断开后经由一变压器转移磁能并输出，根据需要可发电或电动工况运行，并且控制模式相同；结构简单、模块化适应两相绕组同时工作场合、高频下减小体积重量、控制简便，适合各类小功率高速运行的开关磁阻电机系统。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机领域，具体涉及一种适用于小功率高速运行的自励结构开关磁阻电机功率变换器及其控制方法。

背景技术

开关磁阻电机结构简单坚固，转子上无绕组、无永磁体，散热压力小，可靠性高，制造成本低廉，当中一相绕组不工作不影响其他相绕组的正常工作，容错性强，具有广阔的应用前景。

开关磁阻电机一般由多个相绕组对称分布于定子凸极上，根据定转子之间凸极和凹槽的相对位置决定具体通电的相绕组，各相绕组根据相对的转子位置信息分时分别工作；作为发电机工作时，每相绕组工作时一般分为励磁和发电两大阶段，在绕组电感最大区域前后通电首先励磁，励磁阶段电机相绕组吸收外来励磁电源的电能储存磁能，后续根据实时转子位置信息结束励磁阶段并换流进入发电阶段，相绕组中储存的磁能转化为电能输出，待进入绕组电感最小区域时电流降至零完成工作，必要时中间再引入续流阶段以提高发电阶段起始电流；作为电动机工作时，每相绕组工作的主体为励磁阶段，在绕组电感最小区域或电感上升开始时通电励磁，待进入绕组电感最大区域前后关断励磁完成工作，必要时在励磁结束后提供续流回路将绕组中的剩余磁能释放。

开关磁阻电机的励磁、续流、发电都要围绕连接其绕组的变换电路的运行控制实现，没有绕组变换电路，开关磁阻电机的运行就无从谈起，所以变换器意义重大。

开关磁阻发电机运行时，现有变换器系统，在励磁阶段，励磁电源很多都实现了自励模式，这样无需他励模式下频繁更换蓄电池或充电的人工工作，不过现有很多自励模式选用增加励磁电路的模式，虽然可变励磁，但增加了结构和控制的复杂度，尤其在部分领域对最大功率输出并非首要要求的场合。

当前开关磁阻电机的功率变换器电路，最典型的为不对称半桥结构的，优点非常明显，在业界获得广泛应用，但该结构的变流主电路所用开关器件过多。

目前出现的相当多的新型功率变换器电路不能适应同时有多于一相绕组同时工作的场合，而考虑到电机的综合效率，实际上绝大多数的现有开关磁阻电机的磁极重叠系数都是大于零的，也就是说，根据转子位置信息标准工作时，经常存在多于一相绕组的同时工作工况，尤其是大于或等于四相绕组的开关磁阻电机，多相绕组同时工作，如一相励磁时另一相发电等，则功率变换器设计中考虑到此点，就非常有现实意义。

在开关磁阻电机系统的某些应用领域，譬如高速航空电机、汽车发电机、野外无电源地区的发电和电力驱动等等场合，需要根据不同需求，在不同时段分别进行发电和电动运行，那么，一套功率变换器同时适应发电和电动不同的工况，则势必降低系统成本、减小体积重量，尤其再加之控制模式接近的话，由于控制器无需复杂化，势必具有广泛的前景。

发明内容

根据以上的背景技术，本发明就提出了一种每相绕组只有一个开关管，模块化可扩展性独立工作的变换支路，可兼顾发电和电动工况运行的高速开关磁阻电机功率变换器及其调控方法。

本发明的技术方案为：

自励高速开关磁阻电机功率变换器系统，由第一功率变换支路、第二功率变换支路、第三功率变换支路、电容器组成，其技术特征是，所述第一功率变换支路、所述第二功率变换支路、所述第三功率变换支路、所述电容器之间均并联连接；