[发明专利]整流控制器

说明书

本发明一般涉及电子整流电机的整流控制器，尤其涉及开关磁阻电机的控制系统。

磁阻电机一般是这样一种电机：靠其可移动部分向磁路磁阻减小的位置，即激磁绕组的电感最大处移动的倾向来产生转矩。在一种磁阻电机中，以控制频率激励相位绕组。这种类型一般称作异步磁阻电机。它可以用作电动机或发电机。在第二种磁阻电机类型中，设置了检测转子角位置，并以转子位置函数的形式激励相位绕组的电路。第二种类型磁阻电机通常称作开关磁阻电机。它也可以是电动机或发电机。这种开关磁阻电机的特性众所周知，在例如Stephenson和Blake于1993年6月21-24日Nurnberg的PCIM’93上的“The characteristics，design andapplication of switched reluctance motors and drives”中描述。

图1示出了典型的开关磁阻系统10的主要部件。输入DC电源11可以是电池或者整流并滤波的AC干线。功率转换器13在电子控制单元14控制下，开关电源11提供的跨过机器16的相位绕组12的DC电压。为了保证开关磁阻系统10的工作正常，开关必须与转子转动角正确同步。转子位置检测器15一般用于提供对应于转子角位置的信号。转子位置检测器15的输出也可以用于生成速度反馈信号。

转子位置检测器15可以有多种形式，例如它可以通过硬件实现，这在图1中示意地示出，它也可以由根据驱动系统其他监控参数计算位置的软件算法来实现，该算法例如在EP-A-0573198(Ray)中描述。在某些系统中，转子位置检测器15可以包括一个转子位置传感器，每当转子转动到特定位置，需要实施功率转换器13中设备的不同开关方案时，该转子位置传感器提供改变状态的输出信号。

开关磁阻电机中相位绕组激励定时很大程度上取决于转子角位置的精确检测。来自转子位置传感器15的精确信号的重要性可以通过图2和图3来解释，这两张图解释了磁阻电机用作电动机时的开关过程。

图2一般性地示出了转子电极20按照箭头22接近定子电极21。如图2所示，全相位绕组12的一部分23缠绕在定子电极21上。前面已讨论过，当相位绕组缠绕定子电极21的那一部分23被激励时，会产生施加在转子上的力，试图拖动转子电极20，使之与定子电极21对正。图3一般性地示出了功率转换器13中典型的开关电路，它控制着相位绕组12缠绕定子电极21的那一部分23的激励。该电路包括第一和第二开关31/32，以及每个开关一个返回二极管33和34。当开关31和32闭合时，相位绕组12耦合到DC电源，相位绕组被激励。在本领域中，开关电路的许多不同配置众所周知，其中一些在Stephenson和Blake的前述论文中讨论。

一般而言，以下述方式激励相位绕组以影响转子的转动。在转子的第一角度位置(称作接通角，θ_ON)，控制器14提供开关信号以接通两个开关器件31和32。在开关器件31和32接通的情况下，相位绕组耦合到DC电源，导致机器中的磁通增长。正是这些磁通施加在转子电极上生成了电机转矩。随着机器中的磁通增加，电流从DC电源流经开关31和32以及相位绕组。在某些控制器中，采用电流反馈，通过快速切换开关器件31和/或32之一或者这两个开关通断，可以对电流进行斩波，从而控制相电流的振幅。在电机操作中，通常把接通角选成这样的转子位置，其中转子电极间空间的中心线与定子电极中心线对正，但是它可以是其他角度。

在许多系统中，相位绕组一直连接到DC总线(或者在采用斩波时与斩波相连)，直至转子转动到称为“自由轮角”θ_FW的位置。当转子到达对应于自由轮角的角位置(例如图2所示位置)时，切断一个开关，例如31。因此，流经相位绕组的电流继续流动，但是现在仅流经一个开关(在该例中为32)，并仅通过一个返回二极管(在该例中为34)。在自由轮周期期间，跨过相位绕组的电压降较小，磁通基本保持恒定。电路保持在这种自由轮状态，直至转子转动到称为“切断角”θ_OFF的角位置(例如在转子电极中心线与定子电极中心线对正时)。像接通角一样，切断角可以选择某个其他位置。

当转子到达切断角时，开关31和32被切断，相位绕组12中的电流开始流经二极管33和34。然后，二极管33和34以相反方式施加来自DC总线的DC电压，导致机器中磁通减少(因而相电流也随之减少)。