一种开关磁阻电机四电平功率电路的制作方法

本发明涉及一种电机的功率变换电路，具体涉及一种开关磁阻电机四电平功率电路。

背景技术：

开关磁阻电机具有可靠性高、启动转矩大、制造成本低等优势，其功率电路一直是各国专家研究的热点，合适的功率电路可以降低开关磁阻电机的成本，提高开关磁阻电机的动态特性，拓宽开关磁阻电机的应用场合。在最常用的不对称半桥功率变换电路的基础上文献“基于四电平功率变换电路的开关磁阻电机瞬时转矩控制”提出的四电平电路不能独立的为电机各相提供不同的电平，各相公用的升压电路会把不对称半桥上桥臂的电位牵制在同一个电平，不能实现各相独立。本发明旨在提出一种新型开关磁阻电机四电平驱动电路，使开关磁阻电机各相电平在任意时刻均能独立切换，解决电机在重叠运行时，四电平功率电路不能有效工作的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是改进已有四电平功率电路中的不足，提出一种各相具有独立性的新型开关磁阻电机四电平功率电路，通过控制功率拓扑中开关管的导通与关断，使开关磁阻电机各相电平在任意时刻均能独立切换，解决电机在重叠运行时，四电平功率电路不能有效工作的问题。

本发明的技术方案是：一种开关磁阻电机四电平功率电路，包括一个直流电源、一个多相独立升压电路、一个不对称半桥功率变换电路，所述的直流电源是将交流电整流成直流电的整流电源，并联的电容C1起到稳压滤波的作用；所述的不对称半桥功率变换电路是连接各相独立升压电路和电动机绕组的功率开关部件；所述的多相独立升压电路包括电容C2、开关管VTA1、二极管VDA1、开关管VTB1、二极管VDB1、开关管VTC1、二极管VDC1。其中公共升压电容C2的负极与电容C1的正极连在一起；各相的升压电路部分连接相同，以A相为例，开关管VTA1将电容C2的正极和不对称半桥的上桥臂开关管VTA2相连，二极管VDA1将电容C2的正极与不对称半桥的上桥臂开关管VTA2相连，不对称半桥的上桥臂续流二极管连接在升压电容C2的正极。

所述的一种开关磁阻电机四电平功率电路通过控制升压电路和不对称半桥功率变换电路中的开关管的导通与关断，使开关磁阻电机各相电平在任意时刻均能独立切换。

所述的开关磁阻电机四电平功率电路中升压电路和不对称半桥功率变换器中的功率开关器件均采用全控型器件。

本发明电容C1两侧电压等于直流侧电源电压，电机运行时，依靠每相的回馈能量给C2充电，绕组在回馈时加载的负压是电容C1和C2的叠加电压(UC1+UC2)，电机各相可以快速退磁。在某相导通时，C1两端电压通过VDX1(X代表各相编号，如A、B、C，下同)加载绕组两端，实现正常励磁(+1)；若打开VTX1，则C1和C2的叠加电压通过VTX1加在绕组两端，实现快速励磁(+2)。对比已有的开关磁阻电机四电平功率变换电路，本发明所述的开关磁阻电机四电平功率电路，可以通过控制各相的开关管来实现各相不同电平的独立切换，互不干扰。解决了四电平功率电路不能在开关磁阻电机各相重叠运行下使用的问题，是一种更加普遍适用的结构。

附图说明

图1是本发明所述开关磁阻电机四电平功率电路。

图2是本发明所述功率电路的电容充电图。

图3是本发明所述功率电路的运行模式图，图3(a)是同时为各相提供+1、+2、0电平；图3(b)是同时为各相提供+1、+2、-2电平；图3(c)是同时为各相提供+1、0、-2电平。

图中：

VTA2、VTA3：电机A相绕组开关管；

VDA2、VDA3：电机A相绕组续流二极管；

VTB2、VTB3：电机B相绕组开关管；

VDB2、VDB3：电机B相绕组续流二极管；

VTC2、VTC3：电机C相绕组开关管；

VDC2、VDC3：电机C相绕组续流二极管；

VTA1、VTB1、VTC1：各相的+2导通开关管；

VDA1、VDB1、VDC1：各相的+1导通二极管。

具体实施方式

本发明提供了一种开关磁阻电机四电平功率电路，下面结合附图对本发明做进一步解释。

如图1所示，本发明提出了一种开关磁阻电机四电平功率电路，包括直流电源、多相独立升压电路和不对称半桥功率变换电路。其中，所述的直流电源是将交流电整流成直流电的整流电源，并联的电容C1起到稳压滤波的作用；不对称半桥功率变换电路是连接各相独立升压电路和电动机绕组的功率开关部件；不对称半桥功率变换电路的每个桥臂都拥有独立的升压电路，包括公用的升压电容C2、开关管VTA1、二极管VDA1、开关管VTB1、二极管VDB1、开关管VTC1、二极管VDC1。其中电容C2的负极与电容C1的正极连在一起；各相的升压电路部分连接相同，以A相为例，开关管VTA1将电容C2的正极和不对称半桥的上桥臂开关管VTA2相连，二极管VTA1将电容C2的正极与不对称半桥的上桥臂开关管VTA2相连，不对称半桥的上桥臂续流二极管连接在升压电容C2的正极。

如图2所示，是所述开关磁阻电机四电平功率电路的充电模式，升压电容C2的能量只能来源于各相绕组的回馈能量。

如图3(a)所示验证了所述功率电路分别为各相绕组提供+1、+2、0三种电平，其中VTA2、VTA3导通，VTA1关断，C1两端的电压通过VDA1、VTA2、VTA3加在A相绕组，即+1状态；VTB1、VTB2、VTB3导通，C1、C2的叠加电压通过VTB1、VTB2、VTB3加在B相绕组，即+2状态；VTC3导通，VTC2、VTC 1关断，绕组C通过VTC3、VDC3短路，两端电压为0，即0状态。通过本图可以说明，所述开关磁阻电机四电平功率电路可以同时分别为各相提供+1、+2、0三种电平。

如图3(b)所示是验证了所述功率电路分别为各相绕组提供+1、+2、-2三种电平，A、B两相的情况和图3(a)中相同，C相的VTC2、VTC1、VTC3关断，C1、C2的叠加电压通过VDC1、VDC2、VDC3反向加在C相绕组两端，即-2状态。通过本图可以说明，所述开关磁阻电机四电平功率电路可以同时分别为各相提供+1、+2、-2三种电平。

如图3(c)所示是验证了各相分别为绕组提供+1、+2、-2三种电平，A、C两相的情况和图3(b)中相同，分别为+1、-2状态；B相和图3(a)中的C相相同，为0状态。通过本图可以说明，所述开关磁阻电机四电平功率电路可以同时分别为各相提供+1、0、-2三种电平。

通过图3可以得出结论，本发明能使开关磁阻电机各相电平在任意时刻独立切换，不受其他相影响。