[发明专利]用于磁场调制开关磁阻电机的九开关驱动系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种用于磁场调制开关磁阻电机的九开关驱动系统及其控制方法，属于电机技术领域。该系统包括，逆变器驱动模块，用于根据采集到的磁场调制开关磁阻电机绕组电流和转子位置，为九开关开绕组逆变器中的开关管产生驱动信号；九开关开绕组逆变器与磁场调制开关磁阻电机的三相绕组连接，用于根据逆变器驱动模块产生的驱动信号控制其中开关管的开关状态，为所述磁场调制开关磁阻电机各相绕组注入带有直流偏置的正弦电流，驱动磁场调制开关磁阻电机运行。相对于传统大量使用开关管的开绕组驱动拓扑，本发明减少了开关管的使用数量，大大降低了成本与体积，提高了变换器的功率密度。

技术领域

本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种用于磁场调制开关磁阻电机的九开关驱动系统及控制方法。

背景技术

能源是推动社会进步和经济发展的强大推动力，随着新型能源的广泛发现利用，包括电机、电力电子、控制科学在内的多学科交叉研究成果，对新型能源与电能的转换起到了至关重要的作用。其中，开关磁阻电机结构简单坚固，制造成本低，调速范围宽，运行效率高。经过几十年的研究和改进，开关磁阻电机的应用领域也已经从最初的牵引运输发展到通用工业、航空工业、电动汽车、家用电器等各个领域。如何利用电力电子变流器实现能量的稳定持续变换、调控和管理，已成为科研工作者研究的重要课题之一。

为了优化开关磁阻电机的转矩输出性能，对其注入带有直流偏置的正弦电流，在这种情况下，开关磁阻电机遵循磁场调制原理，可以认为是磁场调制电机的一种。由于直流偏置分量的存在，三相电流之和不再为零，需要逆变器具有注入直流偏置电流的能力。为了注入直流偏置，一般采用开绕组结构。开绕组结构是将传统电机的中性点打开，各相绕组独立，提高了运行的可靠性，由于两端可以各自采用一套逆变器，控制性能也更加灵活。

然而，为了注入直流偏置，现有磁场调制开关磁阻电机驱动系统一般需要十二个开关管，成本高，不利于大规模推广；同时，大量的开关管还使得设备的体积重量增大，效率降低。因此，现有的开关磁阻电机驱动系统仍然有许多可以改进的地方。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于磁场调制开关磁阻电机的九开关驱动系统及控制方法，其目的在于提供一种体积更小、成本更低、运行效率更高的驱动系统，为磁场调制电机注入带有直流偏置正弦电流。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于磁场调制开关磁阻电机的九开关驱动系统，包括：九开关开绕组逆变器和逆变器驱动模块；

逆变器驱动模块，用于根据采集到的磁场调制开关磁阻电机绕组电流和转子位置，为九开关开绕组逆变器中的开关管产生驱动信号；

九开关开绕组逆变器与磁场调制开关磁阻电机的三相绕组连接，用于根据逆变器驱动模块产生的驱动信号控制内部开关管的开关状态，为所述磁场调制开关磁阻电机各相绕组注入带有直流偏置的正弦电流，驱动磁场调制开关磁阻电机运行。

进一步地，九开关开绕组逆变器包括并联在同一条直流母线上的三个桥臂；每个桥臂包括上开关管、中开关管、下开关管及其对应的反并联二极管；

上开关管及其反并联二极管的阳极连接端与所述中开关管及其反并联二极管的阴极连接端构成对应桥臂的上输出端；

中开关管及其反并联二极管的阳极连接端与所述下开关管及其反并联二极管的阴极连接端构成对应桥臂的下输出端；

开关磁阻电机的三相绕组分别跨接在不同桥臂的上、下输出端。

进一步地，九开关开绕组逆变器运行时满足以下要求：上开关管、中开关管和下开关管有且仅有两个同时开通。

进一步地，九开关开绕组逆变器正常工作时，每个桥臂有以下工作状态：

1状态，上开关管、中开关管开通，下开关管关断，桥臂上输出端电位与下输出端电位均与正直流母线相同；