[发明专利]开关磁阻电机启动与发电系统功率变换器件设计

说明书

本发明涉及一种开关磁阻电机启动/发电系统功率变换器件装置的设计，设计了主电路拓扑结构和其参数确定；利用MC1413可以增强控制信号的驱动能力完成了驱动电路的设计；并实现了电流缓冲电路设计和参数的确定。实现功率变换器与电机结构匹配、效率高、控制方便、结构简单、成本低等基本要求，并实现主开关器件调制,有效地控制相电流，在绕组磁链减少的同时,能将能量回馈给电源的功能。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机启动发电系统功率变换器件的设计。

背景技术

开关磁阻电机(Switched Reluctance Machine，简称SRM)是随着现代微机控制技术、电力电子技术以及计算机辅助设计技术发展起来的一种新型电机，它具有结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高、适于高速与恶劣环境运行等优点,已逐渐在迅猛发展的调速电动机领域内争得一席之地，并在牵引运输、通用工业、航空工业、家用电器等领域得到了较广泛的应用。

开关磁阻电机能方便地实现机械能和电能之间的双向转换，因此在电子控制器的作用下，既可作电动机(SRD)运行，也可作发电机(SRG)运行。它作为 SRD或SRG运行具有不同于其它电机的独特的特点。

1)SRM采用双凸极结构，只有定子上绕有集中绕组，转子上没有绕组及磁钢，使得电机结构十分简单，成本低廉，工作可靠，易于维护；转子没有绕组，一方面使转子基本没有涡流损耗，效率提高，另一方面，使得电机转速高低仅受限于转子所用材料的结构强度，因而电机可以在很高转速下运行，可以提高能流密度，同时，只在定子上绕有集中绕组，使冷却方便。

2)SRD具有优良的起动性能：起动转距大，起动电流小，起动时间短。

3)SRG无论从物理方面还是电磁方面来说，定子各相间都是相互独立的，耦合较弱，，因而在出现一相甚至两相故障的情况下，仍然有一定的电能输出，表现出良好的容错能力。

4)SRD/G的可控参数较多，可以通过调节开通角和关断角实现角度位置控制(Angular Position Control，简称APC)或通过斩波方式调节励磁电流实现电流斩波控制(Current Chopping Control，简称CCC),还可以在他励情况下进行励磁电压调节来控制输出功率(Voltage Control，简称VC)。较多的可控参数控制方式使SRD/G可在转速大幅度变化中调节输出以满足负载要求，表现出良好的调节性能。

5)SRG是一种可控电流源，可以高效转换机械能为脉冲电能输出。带有滤波元件(如电容)或贮能装置(如蓄电池)可作为直流电源应用，配备相应变换器也可作为交流电源应用。

6)SRG具有串励特性，过载能力强。

综上所述，SRM具有许多优越于其他电机的性能特点，但是它同样也存在一些有待解决的问题，主要集中在以下几个方面：

1)SRD/G都必须要位置闭环控制，因此通常要用转子位置检测器，这增加了电机结构的复杂性，从而使工作可靠性受到影响。虽然已有若干无直接位置检测方案，但有待进一步成熟化。

2)SRM是一非线性系统，双凸极结构、非线性磁特性加上开关器件及控制的非线性，使得分析、设计、研究都带来许多困难和模糊性，特别是优化的电机及控制系统设计还待深入探讨。

此外，SR电机双凸极结构的运行原理决定了其合成转矩具有脉动的特点，这种脉动会引起电机振动，而振动又会引起噪音过大。

发明内容

本发明的目的是为满足功率变换器与电机结构匹配、效率高、控制方便、结构简单、成本低等基本要求,设计了一种新型功率变换装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型功率控制变换装置，包括：

(1)主电路拓扑结构设计