[发明专利]一种宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器及其控制方法，所述功率转换器包括电源电压V_DC、稳压电容C_L、升压电容C_H以及若干桥臂电路；所述桥臂电路包括开关管和二极管；所述桥臂电路数量与电机定子数量相同，电机每个定子均与桥臂电路相连；通过控制开关管的导通与关断，可以使各绕组在不同工作模式下独立切换运行；本发明提供的宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器实现了电机绕组的快速励磁，可以有效提高电机的运行性能；与传统四电平功率变换器相比，本发明各相之间可以独立运行，在改善电机转矩问题的同时不会影响到电机的稳定悬浮，而且在一定程度上控制了成本。

技术领域

本发明涉及电机控制应用技术领域，主要涉及一种宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器及控制方法。

背景技术

宽转子齿无轴承开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor withWider Rotor Teeth，BSRMWR)具有结构简单，坚固，成本低，工作可靠，无润滑，寿命长等特点，在航空高速、超高速起动发电机，飞轮储能等领域具有重大应用。与普通无轴承开关磁阻电机相比，BSRMWR转子齿的机械角增加至30°，采用双相导通的方式，可以实现转矩与悬浮力的自然解耦，大大简化了控制算法。

由于无轴承开关磁阻电机普遍采用的是不对称半桥功率变换器，电机在换相期间，前一相的相电流截止后，后一相的相电流仍处于建立状态，容易造成电流跟踪不上的问题，使得电机在换相期间转矩脉动较大。若使用传统四电平功率变换器，虽然可以较快建立励磁电流，但每相所需的开关管数目过多，会使得功率变换器的成本大大增加；同时，传统四电平功率变换器各相之间不能独立控制，无法保证电机在旋转的同时稳定悬浮。为了解决这一问题，本专利提出一种新型功率变换器，可以有效提高换相期间绕组的励磁速度，同时各相之间能够独立控制，在改善电机转矩的同时也能保证电机的稳定悬浮，和不对称半桥功率变换器相比每个桥臂仅多了一个升压电容，在一定程度上也控制了成本。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器及控制方法，缩短电机换相时励磁电流建立的时间，同时各相能够独立运行，在降低转矩脉动的同时保证电机能够稳定悬浮运转。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器，包括电源电压V_DC、稳压电容C_L、升压电容C_H以及若干桥臂电路；所述桥臂电路包括开关管和二极管；所述桥臂电路数量与电机定子数量相同，电机每个定子均与桥臂电路相连；

所述稳压电容C_L并联在电源电压V_DC两端，所述升压电容C_H的负极与稳压电容的正极串联；所述桥臂电路包括开关管S₁、S₂，电机定子的一相绕组，以及二极管D₁、D₂；所述电机定子绕组上端与开关管S₁的发射极相连；所述电机定子绕组下端与开关管S₂的集电极相连；所述升压电容C_H的正极与开关管S₁的集电极相连；所述二极管D₁正极连接电源V_DC的正极，负极与开关管S₁的发射极相连；所述开关管S₂的发射极连接电源V_DC的负极，集电极与二极管D₁负极相连；所述二级管D₂的正极与开关管S₂的集电极相连，负极连接开关管S₁的集电极。

进一步地，所述功率变换器包括4种工作模式：