[发明专利]开关磁阻电机一种新型多电平拓扑及其控制方法

说明书

开关磁阻电机一种新型混合桥臂多电平拓扑结构及其控制方法，该结构由左半部分飞跨电容箝位桥臂和右半部分不对称半桥桥臂组合而成。称相绕组可允许产生的最大电平数为该拓扑的电平数，则M(M为正整数)电平变换器共需(M‑3)+1个功率开关管和(M‑3)+1个功率二极管，M电平变换器左半桥臂共需(M‑4)个飞跨电容，右半桥臂无飞跨电容，则M电平变换器共需(M‑4)个电容。本发明的多电平拓扑为单直流源供电，左半桥臂器件的电压应力为1/(M‑3)电源电压，右半桥臂器件的电压应力恒为电源电压，为开关磁阻电机的驱动提供了新型多电平拓扑方案。

技术领域

本发明设计开关磁阻电机一种新型多电平拓扑及其控制方法，属于电力电子与电力传动领域。

背景技术

用于开关磁阻电机驱动的多电平功率变换技术主要包括:多电平变换器拓扑、多电平调制策略及提高多电平逆变器运行性能的相关控制策略。但传统的三种多电平变换器都是利用一种箝位器件来实现箝位功能，所需功率器件较多、结构复杂，造成体积大、效率低、成本高等问题，极大地限制了其实际应用范围。特别是电平数较高情况下电容电压冗余状态过多，中性点电位及电容电压平衡控制复杂，器件损耗和开关频率间矛盾关系的问题，成为限制多电平变换器在实际中应用的主要因素。近些年来，很少有新型的用于开关磁阻电机驱动的多电平拓扑被提出和研究。仅有的一些拓扑或者是结构较为复杂，可拓展性不强，或者是其控制算法很复杂，不易于实现。针对这些现实问题，构建输出相同电平数时，减小电容控制复杂程度，减少所用开关器件，降低损耗的多电平拓扑及其调制、控制策略来行之有效地解决以上问题，还未见报道。

发明内容

发明目的：

本发明提出一种开关磁阻电机一种新型多电平拓扑及其控制方法，其目的是解决传统的用于开关磁阻电机驱动的不对称飞跨电容多电平拓扑和不对称二极管箝位多电平拓扑所用开关器件过多以及器件损耗过大的问题。该拓扑只需一个直流源供电。

技术方案：

图1为开关磁阻电机一种新型M电平拓扑的一相拓扑结构，其特征在于：该结构由左半部分飞跨电容箝位桥臂和右半部分不对称半桥桥臂组合而成。称相绕组可允许产生的最大电平数为该拓扑的电平数，则M(M为正整数)电平变换器共需(M-3)+1个功率开关管和(M-3)+1个功率二极管，M电平变换器左半桥臂共需(M-4)个飞跨电容，右半桥臂无飞跨电容，则M电平变换器共需(M-4)个电容。拓扑为单直流源供电，左半桥臂器件的电压应力为1/(M-3)电源电压，右半桥臂器件的电压应力恒为电源电压。

开关磁阻电机一种新型混合桥臂多电平拓扑结构，所实施的拓扑的第一种控制方法，其特征在于：该方法采用左右桥臂综合分析的方法，充分利用总调制占空比信号与各个开关占空比信号的数学关系，计算出相邻电平切换时各开关的占空比，左半桥臂的各开关的占空比与高频三角载波进行PWM调制产生所需的信号，右半桥臂由于是基频调制，故无需与载波比较，将左半桥臂产生的信号与右半桥臂的信号综合，再与开关磁阻电机的换向逻辑输出和限流逻辑输出进行与逻辑运算，最终产生三相各自的开关信号驱动本拓扑的开关工作。

开关磁阻电机一种新型混合桥臂多电平拓扑结构，所实施的拓扑的第二种控制方法，其特征在于：该方法采用一维空间矢量调制方式，利用伏秒平衡原理计算出各矢量作用时间，在各矢量作用的时间段内，利用电平具有冗余状态，实现飞跨电容的平衡并输出对应开关状态，与开关磁阻电机的换向逻辑输出和限流逻辑输出进行与逻辑运算，最终产生三相各自的开关信号驱动本拓扑的开关工作。

开关磁阻电机一种新型混合桥臂多电平拓扑结构，其特征在于：通过分析输出电压与主开关管驱动逻辑的关系可知，除了最高和最低电平只对应一种开关状态以外，介于最高和最低电平之间的电平数均具有冗余开关状态与之对应，冗余的开关状态可以用来实现该拓扑的容错控制,悬浮电容电压平衡控制，负电平与正电平对应的开关状态个数相同。

附图说明

图1为开关磁阻电机一种新型混合桥臂M电平拓扑结构。