[发明专利]一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法，所述宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机为三相电机，共十二套绕组单独控制，各相单独使用各自的五电平功率变换器；所述五电平功率变换器包括单极性电源、开关管和二极管。通过控制开关管的通断，可以实现各相各绕组的独立控制，避免绕组在不同工作模式时的互相影响，使宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机绕组工作在快速励磁、正常励磁、续流、正常退磁、快速退磁五种模式。与传统不对称半桥功率变化电路相比，本发明增加两个电压等级，实现电机绕组的快速励磁、退磁，提高转矩与悬浮力的跟踪性能，大幅降低转矩脉动，提高转矩性能，同时实现电机的稳定悬浮。

技术领域

本发明涉及一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法，属于电机控制应用技术领域。

背景技术

开关磁阻电机具有的双凸极结构和开关式供电形式，使得开关磁阻电机具有严重的非线性特性，导致固有的转矩脉动存在。同时由于开关磁阻电机的轮流导通模式，电机处于换相期间，相邻两相的转矩合成电磁转矩，由于后一相刚开始导通，电流处于建立阶段，使得后一相的转矩上升速度跟不上前一相的转矩下降速度，导致电机换相期间产生严重的转矩脉动。

宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motorwith Wider Rotor Teeth，BSRMWR)尽管具有结构坚固、可靠性高、成本低、调速范围宽、用于各种恶劣的环境等优点，但是BSRMWR本体的双凸极结构以及轮流导通的方式没有得到改变，因此BSRMWR仍旧具有转矩脉动严重这一问题。

严重的转矩脉动使得电机的发展受到限制，为解决转矩脉动问题，直接瞬时转矩与直接悬浮力控制方式被应用到BSRMWR。尽管直接瞬时转矩与直接悬浮力控制方式可以降低BSRMWR的转矩脉动，但是换相期间的转矩脉动仍然存在。一是由于悬浮相关断后，电感值较大，电流下降速度慢，导致转矩无法准确跟踪；二是由于悬浮相关断后，绕组电流会进行一段时间的续流，无法快速降低至0，使得该阶段产生负转矩，而转矩相处于导通初期，励磁电流处于建立阶段，无法提供足够的转矩来弥补负转矩，使得转矩脉动出现。由于采用的不对称半桥功率变换电路只能提供三种电压等级，无法实现快速励磁与退磁模式，导致转矩脉动的问题仍然存在。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器及控制方法，能够提高换向期间绕组的励磁速度和退磁速度，实现转矩与悬浮力的快速跟踪，同时保证各相各绕组的独立控制、工作模式互不影响，在降低转矩脉动、提高转矩性能的同时，可以保证电机的稳定悬浮。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种开关磁阻电机，包括定子、转子、定子绕组和转轴，所述定子、转子为双凸极结构，所述定子上的定子齿各自缠绕1套定子绕组，所述转子上的转子齿无绕组和永磁体；

所述开关磁阻电机为三相电机，分别为A、B、C三相；所述A相绕组包括A₁、A₂、A₃、A₄四个绕组，各绕组可单独控制，；所述B相绕组包括B₁、B₂、B₃、B₄四个绕组，各绕组可单独控制；所述C相绕组包括C₁、C₂、C₃、C₄四个绕组，各绕组可单独控制；所述开关磁阻电机采用三个五电平功率变换电路，A相四个绕组共用一个五电平功率变换电路，B相四个绕组共用一个五电平功率变换电路，C相四个绕组共用一个五电平功率变换电路。