專利名稱：T型五電平開關磁阻電機功率變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電機功率變換器，尤其是一種適用于中小功率場合使用的T型五電平開關磁阻電機功率變換器。
背景技術：
開關磁阻電機(Switched Reluctance Motor)調速系統(tǒng)是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型交流調速系統(tǒng)，以其構造簡單，運行可靠，高性能等優(yōu)良特性，成為現代交流調速系統(tǒng)中的一支強有力的新軍，應用前景十分廣闊。開關磁阻電機調速系統(tǒng)(SRD)由開關磁阻電機、功率變換器、控制器和位置檢測器等組成，其功率變換器是驅動開關磁阻電機 的電路裝置，因此，功率變換器效率的高低對整個系統(tǒng)的性能起著關鍵的作用。以往功率變換器電平數較少，從而造成功率變換器開關次數多，器件的損耗大，系統(tǒng)效率較低，可靠程度也不高，無法很好的滿足實際生產要求。專利申請?zhí)枮?00810023692. 6公開的一種五電平開關磁阻電機功率變換器，主要由控制繞組通斷電的電控開關、濾波電容、電動機三相繞組、續(xù)流二極管和控制器組成。三相繞組的進出線端接有控制其通斷電的兩只串聯的上位和兩只串聯的下位電控開關，每路開關并聯有蓄流二極管，所有控制開關通斷的控制端都接到控制器輸出端上。與傳統(tǒng)功率變換器相比具有開關管耐壓值小，輸出波形諧波含量小，開關頻率低，系統(tǒng)的工作電壓高和轉換效率高等特點。但是由于五電平變換器采用IGBT串聯，總導通損耗較高，且存在箝位二極管，布局空間大，一般只適用于大功率場合(1MW以上)，而在一些中小功率場合限制了它的使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種減少功率變換器開關次數、降低功率損耗、提高系統(tǒng)效率、適用于中小功率場合的T型五電平開關磁阻電機功率變換器。為實現上述技術目的，本發(fā)明的T型五電平開關磁阻電機功率變換器，包括相互串聯的兩只直流濾波電容器，兩只直流濾波電容器與直流側電壓Ud。輸出端并聯，與發(fā)射極串聯有續(xù)流二極管的一只上位電控開關和集電極串聯有續(xù)流二極管的一只下位電控開關相并聯，兩只直流濾波電容器的中間點分別與電控開關和續(xù)流二極管相連接，電控開關通過正向續(xù)流二極管與續(xù)流二極管和電控開關的串聯中間點相連接，續(xù)流二極管通過電控開關與續(xù)流二極管和電控開關的串聯中間點相連接，上位電控開關的發(fā)射極與下位電控開關的的集電極之間分別串聯有三個電機繞組，每只電控開關的控制端與控制器相連。所述的電控開關為絕緣柵雙極型晶體管，所述的控制器型號為TMS320F2812DSP控制板。有益效果由于采用了由電控開關Sa2、Sb2、Sc2、Sa3、Sb3、Sc3和續(xù)流二極管Da2、Db2、Dc2、Da3、Db3、Dc3組合實現的多電平技術，從而減少了工作時開關器件的開關次數，輸出波形諧波含量小，因此降低了系統(tǒng)的損耗，提高了系統(tǒng)的工作效率；另外采用了由電控開關 Sal, Sbl，Scl，Sa4, Sb4, Sc4 和續(xù)流二極管 Dal, Dbl, Del, Da4, Db4, Dc4 構成的 T 型拓撲結構，不存在箝位二極管，空間布局小，并且其上下半橋僅有一只電控開關和一只二極管，使其不管處于哪種電平工作狀態(tài)，都相比原發(fā)明五電平拓撲結構具有更少的開關管導通損耗，具有更高的工作效率，所以特別適用于小中功率的場合。



圖I為本發(fā)明的五電平功率變換器的電路圖。圖2為本發(fā)明的單相功率變換器與開關磁阻電機的連接結構示意圖。圖3為本發(fā)明的五種電平的工作狀態(tài)圖。圖4為本發(fā)明的電機控制過程圖。圖中Sal、Sa2、Sa3、Sa4:A 相電控開關；
Dal、Da2、Da3、Da4 A 相續(xù)流二極管；
Sb I、Sb2、Sb3、Sb4 :B 相電控開關；
Dbl、Db2、Db3、Db4 :B 相續(xù)流二極管；
Scl、Sc2、Sc3、Sc4 :C 相電控開關；
Dcl、Dc2、Dc3、Dc4 :C 相續(xù)流二極管；
La、Lb、Lc :A、B、C三相電機繞組；
C1、C2 :直流濾波電流；
Udc :直流側電源。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的說明
如圖I所示，本發(fā)明的T型五電平開關磁阻電機功率變換器包括相互串聯的兩只直流濾波電容器Cl和直流濾波電容器C2，兩只直流濾波電容器Cl和直流濾波電容器C2與直流側電壓Udc輸出端并聯，與發(fā)射極串聯有續(xù)流二極管Dal，續(xù)流二極管Dbl，續(xù)流二極管Dcl的一只上位電控開關Sal、SbU Scl和集電極串聯有續(xù)流二極管Da4、Db4、Dc4的一只下位電控開關Sa4、Sb4、Sc4相并聯，其中電控開關Sal、SbU Scl的集電極和續(xù)流二極管Da4、Db4、Dc4的負極分別與直流側電壓Udc的正極相連接，續(xù)流二極管Da4、Db4、Dc4的正極與電控開關Sa4、Sb4、Sc4的集電極連接，續(xù)流二極管Dal、Dbl、Dcl的正極和電控開關Sa4、Sb4、Sc4的發(fā)射極分別與直流側電壓Udc的負極連接，兩只直流濾波電容器C1、C2的中間點分別與電控開關Sa2、Sb2、Sc2的集電極和續(xù)流二極管Da3、Db3、Dc3的負極分別相連接，電控開關Sa2、Sb2、Sb2的發(fā)射極與續(xù)流二極管Da2、Db2、Dc2的正極相連接，續(xù)流二極管Da2、Db2、Dc2的負極與續(xù)流二極管Dal、Dbl、Dcl和電控開關Sal、Sbl、Scl的串聯中間點相連接，續(xù)流二極管Da3、Db3、Dc3正極與電控開關Sa3、Sb3、Sc3的發(fā)射極相連接，電控開關Sa3、Sb3、Sc3的的集電極與續(xù)流二極管Da4、Db4、Dc4和電控開關Sa4、Sb4、Sc4的串聯中間點相連接，上位電控開關Sal、Sbl、Scl的發(fā)射極與下位電控開關的Sa4、Sb4、Sc4的集電極之間分別串聯有三個電機繞組La、Lb、Lc，電控開關Sal的發(fā)射極連接電機繞組La的A端，電控開關的Sa4的集電極連接電機繞組La的A’端，電控開關Sbl的發(fā)射極連接電機繞組Lb的B端，電控開關的Sb4的集電極連接電機繞組Lb的B’端，電控開關Scl的發(fā)射極連接電機繞組Lc的C端，電控開關的Sc4的集電極連接電機繞組Lc的C’端，每只電控開關的控制端與控制器相連，所述的電控開關為絕緣柵雙極型晶體管。如圖2所示，Al、A2、A3、A4四個極的繞組串聯構成A相即圖I中的電機繞組La，B1、B2、B3、B4四個極的繞組串聯構成B相即圖I中的電機繞組Lb，Cl、C2、C3、C4四個極的繞組串聯 構成C相即圖I中的電機繞組Lc。開關磁阻電機運行原理遵循磁阻最小原理——磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的轉子鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合；因此，只要以一定次序給定子的相繞組通電，電動機的轉子就會連續(xù)轉動起來。當C相通電勵磁時，所產生的磁力會使轉子旋轉到轉子極軸線1-1’與定子極C2-C4軸線重合的位置，并使C相勵磁繞組的電感最大。由于電機結構對稱，此時另一條轉子極軸線1-1’與定子極C1-C3軸線也相互重合。同理，當A相通電勵磁時，所產生的磁力會使轉子旋轉到轉子極軸線2-2’與定子極A1-A3軸線重合的位置，并使A相勵磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉子所處的相對位置作為起始位置，依次給C、A、B、C相繞組通電，轉子即會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉；反之，如果依次給B、A、C、B相通電，則電動機即會沿順時針方向轉動。對每一相繞組通電，該功率變換器電路都具有5種工作狀態(tài)，使繞組兩端具有5種不同電壓，以A相為例
圖3所示,狀態(tài)2 :電控開關Sal, Sa4導通,繞組中電流流向如圖3 (a)所示,此時繞組兩端承受的電壓為2U。狀態(tài)I :電控開關Sal，Sa3導通，繞組中電流流向如圖3 (b)所示，此時繞組兩端承受的電壓為U。狀態(tài)O :電控開關Sa4導通，繞組中電流流向如圖3 (C)所示，此時繞組兩端承受的電壓為O。狀態(tài)-I :電控開關Sa2導通，繞組中電流流向如圖3 (d)所示，此時繞組兩端承受的電壓為-U。狀態(tài)-2 :電控開關全部關斷，繞組中電流流向如圖3 (e)所示，電流通過續(xù)流二極管Dal，Da4續(xù)流，此時繞組兩端承受的電壓為_2U。開關磁阻電機控制的具體控制過程，如圖4所示，以A相為例
(O首先判斷電機的當前轉速是否大于額定轉速的50%，是進入狀態(tài)2，否進入狀態(tài)I。(2)在狀態(tài)2中，A相的兩個開關器件Sal，Sa4全導通，即繞組處于2U電壓狀態(tài)，判斷當前電流是否大于控制器給定電流，是進入狀態(tài)0，否則繼續(xù)保持狀態(tài)2。(3)在狀態(tài)O中，A相的開關器件Sa4導通，即繞組處于O電壓狀態(tài)，判斷當前電流是否小于控制器給定電流，是進入狀態(tài)2，否則進入狀態(tài)-2。(4)在狀態(tài)-2中，A相的開關器件全關斷，即繞組處于-2U電壓狀態(tài)，判斷當前電流是否小于控制器給定電流，是進入狀態(tài)2，否則繼續(xù)保持狀態(tài)_2。(5)在狀態(tài)I中，A相的兩個開關器件Sal，Sa3全導通，即繞組處于U電壓狀態(tài)，判斷當前電流是否大于控制器給定電流，是進入狀態(tài)0，否則繼續(xù)保持狀態(tài)I。(6)在狀態(tài)O中，A相的開關器件Sa4導通，即繞組處于O電壓狀態(tài)，判斷當前電流是否大于控制器給定電流，是進入狀態(tài)-I，否則進入狀態(tài)I。在狀態(tài)-I中，A相的開關器件Sa2導通，即繞組處于-U電壓狀態(tài)，判斷當前電流是否大于控制器給定電流，是則繼續(xù)保持狀態(tài)-I， 否進入狀態(tài)I。
權利要求
1.一種T型五電平開關磁阻電機功率變換器，其特征在于它包括相互串聯的兩只直流濾波電容器(Cl、C2)，兩只直流濾波電容器(Cl、C2)與直流側電壓Ud。輸出端并聯，與發(fā)射極串聯有續(xù)流二極管(Dal、Db I、Dc I)的一只上位電控開關(Sal、Sb I、Sc I)和集電極串聯有續(xù)流二極管(Da4、Db4、Dc4)的一只下位電控開關(Sa4、Sb4、Sc4)相并聯，兩只直流濾波電容器(C1、C2)的中間點分別與電控開關(Sa2、Sb2、Sc2)和續(xù)流二極管(Da3、Db3、Dc3)相連接，電控開關(Sa2、Sb2、Sb2)通過正向續(xù)流二極管(Da2、Db2、Dc2)與續(xù)流二極管(Dal、Dbl、Del)和電控開關(Sal、SbUScl)的串聯中間點相連接，續(xù)流二極管(Da3、Db3、Dc3)通過電控開關(Sa3、Sb3、Sc3)與續(xù)流二極管(Da4、Db4、Dc4)和電控開關(Sa4、Sb4、Sc4)的串聯中間點相連接，上位電控開關(Sal、SbU Scl)的發(fā)射極與下位電控開關的(Sa4、Sb4、Sc4)的集電極之間分別串聯有三個電機繞組(La、Lb、Lc)，每只電控開關的控制端與控制器相連。
2.根據權利要求I所述的T型五電平開關磁阻電機功率變換器，其特征在于所述的電控開關為絕緣柵雙極型晶體管，所述的控制器型號為TMS320F2812DSP控制板。
全文摘要
一種T型五電平開關磁阻電機功率變換器，包括相互串聯的兩只直流濾波電容器，兩只直流濾波電容器與直流側電壓Udc輸出端并聯，與發(fā)射極串聯有續(xù)流二極管的一只上位電控開關和集電極串聯有續(xù)流二極管的一只下位電控開關相并聯，兩只直流濾波電容器的中間點分別與電控開關和續(xù)流二極管相連接，電控開關通過正向續(xù)流二極管與續(xù)流二極管和電控開關的串聯中間點相連接，續(xù)流二極管通過電控開關與續(xù)流二極管和電控開關的串聯中間點相連接，上位電控開關的發(fā)射極與下位電控開關的的集電極之間分別串聯有三個電機繞組，每只電控開關的控制端與控制器相連，尤其適用于中小功率場合。其結構簡單，可有效降低功率損耗，提高系統(tǒng)效率。
文檔編號H02P6/08GK102916631SQ201210280188
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權日2012年8月8日
發(fā)明者蒯松巖, 李大鵬, 王鵬飛, 馮重陽, 黃玉龍 申請人:中國礦業(yè)大學