一种新型四相SR电机功率变换器的分析与设计

开关磁阻,论文,DSP,控制

第!"卷第!期电力电子技术

3(-4!"56(4!年月一种新型四相#$电机功率变换器的分析与设计

孙冠群&林

辉5齐

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!西北工业大学5陕西西安

摘要-功率变换器是开关磁阻电机调速系统!9:="中的重要组成部分&现有的各种功率变换器都存在着种种问题和不足&关键是不能保证较好的性能价格比(通过对两种常用的四相开关磁阻电机!9:"功率变换器主电路的分析&优化和综合常用的主电路&给出了目前最优的四相9:电机功率变换器主电路型式&即最少主开关型&提高了经济性和实用性(结合研制实践&介绍了%4%>?的9:电机新型功率变换器的实际电路%主要器件及其定额的选择(该方案已成功地通过了实验应用&结合降低9:电机转矩波动的有效手段&实现了电机实时双相绕组通电稳定运行(

关键词-变换器%开关磁阻电机.绕组双相运行中图分类号-C;!$<4#

文献标识码-D

文章编号-<$$$E<$$FG#$$%H$!E$$!$E$!

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引言

选择余地&所以必须从优化整体性能价格比的角度综合地考虑三者的设计(本文设计了一台用于

开关磁阻电机!9:;"#<$因其结构简单%制造成本低%效率高%可靠性好5在某些应用领域完全可以与直流电机%感应电机及永磁电机争雄&特别是与应用最广泛的感应电机相比&9:;已在某些领域显示出相当的优势’9:;的功率变换器在调速系统中起着重要的作用&因此功率变换器的合理设计是提高开关磁阻电机调速系统!9:="##$性能价格比的关键因素之一(由于9:;工作电压%电流波形并非正弦波&且波形受系统运行条件及电机设计参数的制约&变化很大&难以准确预料&因此9:;功率变换器的设计与9:;及其控制器的设计密切相关&适用于所有9:;及不同控制方式的)理想功率变换器*是不存在的(事实上&9:=的一些参数&如相数+定转子级数%定转子极弧尺寸%绕组匝数%功率变换器主电路%运行方式及其控制变量等在设计中均有很大的

%4%>?四相9:;的功率变换器&通过实验实现了电

机双相稳定运行(

"

功率变换器主电路分析与设计

围绕处理放电绕组磁场能量问题&已出现多

种主电路结构形式&在四相!@A&"9:=应用最广泛的是图<

所示的不对称半桥型和双极性直流电源型(

!!!!!!定稿日期-#$$^E$@E#^

作者简介-孙冠群!!"#$!"&男&山西永济人&工程师&硕

士研究生(研究方向为电机调速及电力电子技术(

图中

图<两种常用的功率变换器主电路

,,直流主电源电压!2,

双极性电源型功率变换器的优点是每相只用一

!$

开关磁阻,论文,DSP,控制

一种新型四相./电机功率变换器的分析与设计

只主开关!但主开关和续流二极管的额定电压!!为

!"#!!"!!是因换相引起的任一瞬变电压#!而加给励磁绕组的电压仅为!"$%!未能用足开关器件的!!

和电源的容量$另外!在该结构的功率变换器中!当电机单相运行时!"&’"%交替出现较大的波动$采用双相运行方式可以解决这一问题!但前提是电路上%下两部分同时有一相绕组导通$但在双相运行时!相电流可能流过&(#)(!#*+的区域!这时电动转矩的有效性将降低!而且两相同时通电!电机磁路饱和加剧!进一步降低了电流产生电动转矩的有效性$

不对称半桥型的优点是各主开关管的!!均为

!"!与电机绕组的额定电压近似相等!所以这种线路用足了主开关管的!!$由于每相绕组接至各自的不

对称半桥!相与相之间的电流控制是完全独立的!可给相绕组提供,种电压回路!即上%下主开关管同时导通时的正电压回路’一只主开关管保持导通!另一只主开关管关断时的零电压回路’上%下主开关管均关断时的负电压回路$这样!低速斩波控制&---#方式时可采用能量非回馈式斩波方式!即在斩波续流期间!相电流在(零电压回路)中续流!避免了电机与电源间的无功能量交换!这有利于增加转矩%提高功率变换器容量的利用率%减少斩波次数%抑制电源电压波动%降低转矩脉动$缺点是*每相需要%只主开关管!不能充分体现单极性./0功率变换器较其他交流调速系统变流器固有的优势$

通过分析可看出!从性能上看!不对称半桥型较双极性电源型有很大优势!其唯一不足是所用开关管数量多!明显增加了功率变换器的成本!经济性差$对本文所述的四相&1)2#./3而言!采用双相运行时!由于$相和"相%%相和&相的电流一般不会重叠!因此在传统不对称半桥结构中!$相和’相%%相和&相分别可共用一只上臂主开关管!从而减少了两只主开关管!构成如图%所示的四相功率变换器主电路

4,5$

图%最少主开关型功率变换器主电路

这种主电路方案保留了不对称半桥型的优点!使开关器件减到最少!具有较高的性能价格比$只是在应用中要注意!要保证在双相运行时!$相与’相或%相与&相之间不能同时导通!否则上部开关管将承受更大的压力$

!"#$功率变换器设计

图,示出本设计所采用的并在实用中优化的功率变换器主电路$系统采用三相交流电源&,1+6)

7+89#供电$系统中的整流电路为三相三线制电路!

分为二极管整流部分和电容滤波部分$电解电容

’&!’%对整流电路的输出电压起平滑滤波作用!同时

作为相绕组能量回馈%电机换相和制动运行时能量回馈的储能元件$而电阻(&!(%起到平衡’&!’%上的电压和整个系统关闭时对’&!’%放电的作用$

图,

功率变换器实用主电路

在系统加电开始工作的瞬间!为了防止’&!’%

开始充电引起过大的浪涌电流!需要采取一定的保护措施$本系统采用了电阻:继电器并联网络$当充电电压小于某一值时!继电器;断开!(,流过电流!将浪涌电流限制在安全范围内$当充电电压大于该值时!;闭合!将(,短路$

./0功率变换器主开关管的选择与电机的功

率等级%供电电压%峰值电流%成本等有关!另外还与主开关管本身的开关速度%触发难易%开关损耗%抗冲击性%耐用性及市场普及性有关$ …… 此处隐藏：4379字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……