[发明专利]一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器

摘要

本发明公布了一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器。所述功率变换器适用于磁轴承的偏置绕组和开关磁阻电机的三相电枢绕组，使偏置绕组的电流方向与电枢绕组的电流方向始终相同，进而在磁轴承内产生一个方向不变的偏置磁通，然后通过与悬浮绕组电流相互作用，产生所需悬浮力；电枢绕组电流的控制方式与传统开关磁阻电机相同，而偏置绕组电流不施加任何控制，故可显著降低悬浮力控制的难度；所述变换器未增加功率开关管，仅增加了四个二极管，或根据应用场合不同，引入额外的一个电压源或能耗电阻；本发明提升了开关磁阻电机电枢绕组电流的利用率、降低了磁轴承功率系统成本，简化了悬浮力控制难度、集成度高、成本低且可靠性强。

主权项

1.一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器，所述磁悬浮开关磁阻电机包括磁轴承和开关磁阻电机；所述磁轴承的绕组包括偏置绕组Bias和悬浮绕组，其中偏置绕组Bias产生悬浮所需的偏置磁通，悬浮绕组产生悬浮力；所述开关磁阻电机的电枢绕组包括三相电枢绕组，分别是A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组，电枢绕组用于产生转矩；所述功率变换器适用于所述偏置绕组Bias和三相电枢绕组；其特征在于，所述功率变换器由1个电源模块、1个三相不对称半桥电路和1个二极管整流电路构成；所述三相不对称半桥电路，包括六个功率开关管即第一功率开关管S1至第六功率开关管S6、六个续流二极管即第一续流二极管D1至第六续流二极管D6；所述二极管整流电路，包括第一功率二极管D7、第二功率二极管D8、第七续流二极管D9和第八续流二极管D10；所述电源模块有三种组合形式，分别为第1组合形式、第2组合形式和第3组合形式；其中，第1组合形式包括第一电源Us1和第一电解电容C1；第2组合形式包括第一电源Us1、第一电解电容C1、第二电源Us2和第二电解电容C2；第3组合形式包括第一电源Us1、第一电解电容C1和能耗电阻R1；第1组合形式时，所述功率变换器的连接方式为：第一电源Us1的正极并接第一电解电容C1的输入端后，分别接第一功率二极管D7的阳极和第七续流二极管D9的阴极；第一功率二极管D7的阴极接第八续流二极管D10的阴极，第七续流二极管D9的阳极接第二功率二极管D8的阳极；第二功率二极管D8的阴极接第八续流二极管D10的阳极后，分别接第一功率开关管S1的漏极、第一续流二极管D1的阴极、第三功率开关管S3的漏极、第三续流二极管D3的阴极、第五功率开关管S5的漏极和第五续流二极管D5的阴极；第一电源Us1的负极并接第一电解电容C1的输出端后，分别接第二续流二极管D2的阳极、第二功率开关管S2的源极、第四续流二极管D4的阳极、第四功率开关管S4的源极、第六续流二极管D6的阳极和第六功率开关管S6的源极；第一功率开关管S1的源极接第二续流二极管D2的阴极，第二功率开关管S2的漏极接第一续流二极管D1的阳极；第三功率开关管S3的源极接第四续流二极管D4的阴极，第四功率开关管S4的漏极接第三续流二极管D3的阳极；第五功率开关管S5的源极接第六续流二极管D6的阴极，第六功率开关管S6的漏极接第五续流二极管D5的阳极；第2组合形式时所述功率变换器的连接方式为：第一电源Us1的正极并接第一电解电容C1的输入端后接第一功率二极管D7的阳极，第一功率二极管D7的阴极接第八续流二极管D10的阴极，第八续流二极管D10的阳极分别接第一续流二极管D1的阴极、第三续流二极管D3的阴极和第五续流二极管D5的阴极；第二功率二极管D8的阳极接第七续流二极管D9的阳极；第二功率二极管D8的阴极分别接第一功率开关管S1的漏极、第三功率开关管S3的漏极、第五功率开关管S5的漏极；第七续流二极管D9的阴极分别接第二电源Us2的正极和第二电解电容C2的输入端；第一电源Us1的负极并接第一电解电容C1的输出端后，分别接第二功率开关管S2的源极、第四功率开关管S4的源极和第六功率开关管S6的源极；第二电源Us2的负极并接第二电解电容C2的输出端后，分别接第二续流二极管D2的阳极、第四续流二极管D4的阳极和第六续流二极管D6的阳极；第一功率开关管S1的源极接第二续流二极管D2的阴极，第二功率开关管S2的漏极接第一续流二极管D1的阳极；第三功率开关管S3的源极接第四续流二极管D4的阴极，第四功率开关管S4的漏极接第三续流二极管D3的阳极；第五功率开关管S5的源极接第六续流二极管D6的阴极，第六功率开关管S6的漏极接第五续流二极管D5的阳极；第3组合形式时所述功率变换器的连接方式为：第一电源Us1的正极并接第一电解电容C1的输入端后接第一功率二极管D7的阳极，第一功率二极管D7的阴极接第八续流二极管D10的阴极，第八续流二极管D10的阳极分别接第一续流二极管D1的阴极、第三续流二极管D3的阴极和第五续流二极管D5的阴极；第二功率二极管D8的阳极接第七续流二极管D9的阳极；第二功率二极管D8的阴极分别接第一功率开关管S1的漏极、第三功率开关管S3的漏极、第五功率开关管S5的漏极；第七续流二极管D9的阴极接能耗电阻R1的正输入端；第一电源Us1的负极并接第一电解电容C1的输出端后，分别接第二功率开关管S2的源极、第四功率开关管S4的源极和第六功率开关管S6的源极；能耗电阻R1的负输入端分别接第二续流二极管D2的阳极、第四续流二极管D4的阳极和第六续流二极管D6的阳极；第一功率开关管S1的源极接第二续流二极管D2的阴极，第二功率开关管S2的漏极接第一续流二极管D1的阳极；第三功率开关管S3的源极接第四续流二极管D4的阴极，第四功率开关管S4的漏极接第三续流二极管D3的阳极；第五功率开关管S5的源极接第六续流二极管D6的阴极，第六功率开关管S6的漏极接第五续流二极管D5的阳极；所述偏置绕组bias和三相电枢绕组与所述功率变换器的连接方式为：第一功率二极管D7的阴极与第二功率二极管D8的阳极间串接所述磁轴承的偏置绕组Bias；第一功率开关管S1的源极与第二功率开关管S2的漏极间串接所述开关磁阻电机的A相电枢绕组；第三功率开关管S3的源极与第四功率开关管S4的漏极间串接所述开关磁阻电机的B相电枢绕组；第五功率开关管S5的源极与第六功率开关管S6的漏极间串接所述开关磁阻电机的C相电枢绕组。