一种新型双定子开关磁阻电机用功率变换器

本发明涉及一种新型电机及其控制领域，尤其涉及一种新型双定子开关磁阻电机用功率变换器。

背景技术：

开关磁阻电机调速系统是世纪年代发展起来的一种新型交流调速系统，以其构造简单,运行可靠，高性能等优良特性，成为现代交流调速系统中的一支强有力的新军，应用前景十分广阔。针对开关磁阻电机存在着功率密度低、转矩脉动大的问题，专利申请号为：201910819153.1公开一种新型双定子开关磁阻电机，内外定子均采用u型定子分块结构，并通过转子内外齿错开一定机械角度，降低转矩脉动。由于内外定子磁场解耦，电机具有内定子、外定子、双定子、内外定子绕组串联和并联五种工作模式，目前常规的功率变换器结构已经不能满足本文所设计电机的功能需求的问题，因此设计一种能够实现上述电机五种工作模式之前无缝切换的功率变换器成为目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对上述技术中存在问题，本发明提出一种新型双定子开关磁阻电机功率变换器，能够实现新型双定子开关磁阻电机五种工作模式的无缝切换，拓宽了电机的工作范围、可靠性和高效运行区，为新型双定子开关磁阻电机驱动在电动汽车驱动系统、多电飞机、多电舰船等领域的推广应用奠定一定的理论和实践基础。

为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种新型双定子开关磁阻电机用功率变换器，所述新型双定子开关磁阻电机内定子由8个u型定子块组成、外定子由8个u型定子组成、转子内外齿数为18；外定子齿的极性分布为n-s-s-n-n-s-s-n-n-s-s-n-n-s-s-n，内定子齿的极性分布为s-n-n-s-s-n-n-s-s-n-n-s-s-n-n-s；所述的新型双定子开关磁阻电机包括内定子绕组和外定子绕组，电机的相数为四相；

本发明在于，定义新型双定子开关磁阻电机的内定子绕组分别为bia、bib、bic和bid，外定子绕组分别为boa、bob、boc和bod，所述的功率变换器包括一个直流电源模块us、一个直流母线电容、16个二极管和16个开关管，直流母线电容的一端与开关管so1的一端、开关管si1的一端、开关管so2的一端、开关管si2的一端、开关管so3的一端、开关管si3的一端、开关管so4的一端、开关管si4的一端、二极管dio1的阴极、二极管dio2的阴极、二极管dio3的阴极、二极管dio4的阴极、二极管dio5的阴极、二极管dio6的阴极、二极管dio7的阴极、二极管dio8的阴极共连并连接到直流电源模块的正极；开关管so1的另外一端与外定子绕组boa的一端、二极管do1的阴极相连，开关管so2的另外一端与外定子绕组bob的一端、二极管do2的阴极相连，开关管so3的另外一端与外定子绕组boc的一端、二极管do3的阴极相连，开关管so4的另外一端与外定子绕组bod的一端、二极管do4的阴极相连，开关管si1的另外一端与内定子绕组bia的一端、开关管sio2的一端、续流二极管dio2的阳极、续流二极管di1的阴极相连，开关管si2的另外一端与内定子绕组bib的一端、开关管sio4的一端、续流二极管dio4的阳极、续流二极管di2的阴极相连，开关管si3的另外一端与内定子绕组bic的一端、开关管sio6的一端、续流二极管dio6的阳极、续流二极管di3的阴极相连，开关管si4的另外一端与内定子绕组bid的一端、开关管sio8的一端、续流二极管dio8的阳极、续流二极管di4的阴极相连，续流二极管dio1的阴极与外定子绕组boa的另一端、内定子绕组bia的另一端和开关管sio1的一端相连，续流二极管dio3的阴极与外定子绕组bob的另一端、内定子绕组bib的另一端和开关管sio3的一端相连，续流二极管dio5的阴极与外定子绕组boc的另一端、内定子绕组bic的另一端和开关管sio5的一端相连，续流二极管dio7的阴极与外定子绕组bod的另一端、内定子绕组bid的另一端和开关管sio7的一端相连，直流母线电容的另一端与开关管sio1的另一端、开关管sio2的另一端、开关管sio3的另一端、开关管sio4的另一端、开关管sio5的另一端、开关管sio6的另一端、开关管sio7的另一端、开关管sio8的另一端、二极管do1的阳极、二极管di1的阳极、二极管do2的阳极、二极管di2的阳极、二极管do3的阳极、二极管di3的阳极、二极管do4的阳极、二极管di4的阳极共连并连接到直流电源模块的负极。

本发明在于，当电机工作在内定子工作模式时，用到的功率开关器件为si1、si2、si3、si4、sio1、sio3、sio5和sio7，用到的续流二极管为dio1、dio3、dio5、dio7、di1、di2、di3和di4。

本发明在于，当电机工作在外定子工作模式时，用到的功率开关器件为so1、so2、so3、so4、sio1、sio3、sio5和sio7，用到的续流二极管为dio1、dio3、dio5、dio7、do1、do2、do3和do4。

本发明在于，当电机工作在双定子工作模式时，用到的功率开关器件为so1、so2、so3、so4、si1、si2、si3、si4、sio1、sio3、sio5和sio7，用到的续流二极管为dio1、dio3、dio5、dio7、di1、di2、di3、di4、do1、do2、do3和do4。

本发明在于，当电机工作在内外定子串联工作模式时，用到的功率开关器件为so1、so2、so3、so4、sio2、sio4、sio6和sio8，用到的续流二极管为dio1、dio2、dio3、dio4、dio5、dio6、dio7、dio8、do1、do2、do3和do4。

本发明在于，当电机工作在内外定子并联工作模式时，用到的功率开关器件为so1、so2、so3、so4、si1、si2、si3、si4、sio1、sio3、sio5和sio7，用到的续流二极管为dio1、dio3、dio5、dio7、di1、di2、di3、di4、do1、do2、do3和do4。

本发明在于，开关管为igbt或者mosfet，所述的二极管均采用快恢复二极管。

有益效果：本发明所述的新型双定子开关磁阻电机功率变换器，能够实现新型双定子开关磁阻电机双定子工作模式、内定子工作模式、外定子工作模式、内外定子绕组串联工作模式和内外定子绕组并联工作模式的无缝切换，拓宽了电机的工作范围、可靠性和高效运行区，为新型双定子开关磁阻电机驱动在电动汽车驱动系统、多电飞机、多电舰船等领域的推广应用奠定一定的理论和实践基础，具有良好的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明的新型双定子开关磁阻电机功率变换器拓扑结构图。

图2是本发明的新型双定子开关磁阻电机功率变换器在内定子工作模式的工作模态图。

图3是本发明的新型双定子开关磁阻电机功率变换器在外定子工作模式的工作模态图。

图4是本发明的新型双定子开关磁阻电机功率变换器在内外定子绕组并联工作模式的工作模态图。

图5是本发明的新型双定子开关磁阻电机功率变换器在内外定子绕组串联工作模式的工作模态图。

图6是本发明的新型双定子开关磁阻电机功率变换器在双定子工作模式的工作模态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本实施案例的新型双定子开关磁阻电机功率，如图1所示，包括一个直流电源模块us、一个直流母线电容、16个二极管和16个开关管，直流母线电容的一端与开关管so1的一端、开关管si1的一端、开关管so2的一端、开关管si2的一端、开关管so3的一端、开关管si3的一端、开关管so4的一端、开关管si4的一端、二极管dio1的阴极、二极管dio2的阴极、二极管dio3的阴极、二极管dio4的阴极、二极管dio5的阴极、二极管dio6的阴极、二极管dio7的阴极、二极管dio8的阴极共连并连接到直流电源模块的正极；开关管so1的另外一端与外定子绕组boa的一端、二极管do1的阴极相连，开关管so2的另外一端与外定子绕组bob的一端、二极管do2的阴极相连，开关管so3的另外一端与外定子绕组boc的一端、二极管do3的阴极相连，开关管so4的另外一端与外定子绕组bod的一端、二极管do4的阴极相连，开关管si1的另外一端与内定子绕组bia的一端、开关管sio2的一端、续流二极管dio2的阳极、续流二极管di1的阴极相连，开关管si2的另外一端与内定子绕组bib的一端、开关管sio4的一端、续流二极管dio4的阳极、续流二极管di2的阴极相连，开关管si3的另外一端与内定子绕组bic的一端、开关管sio6的一端、续流二极管dio6的阳极、续流二极管di3的阴极相连，开关管si4的另外一端与内定子绕组bid的一端、开关管sio8的一端、续流二极管dio8的阳极、续流二极管di4的阴极相连，续流二极管dio1的阴极与外定子绕组boa的另一端、内定子绕组bia的另一端和开关管sio1的一端相连，续流二极管dio3的阴极与外定子绕组bob的另一端、内定子绕组bib的另一端和开关管sio3的一端相连，续流二极管dio5的阴极与外定子绕组boc的另一端、内定子绕组bic的另一端和开关管sio5的一端相连，续流二极管dio7的阴极与外定子绕组bod的另一端、内定子绕组bid的另一端和开关管sio7的一端相连，直流母线电容的另一端与开关管sio1的另一端、开关管sio2的另一端、开关管sio3的另一端、开关管sio4的另一端、开关管sio5的另一端、开关管sio6的另一端、开关管sio7的另一端、开关管sio8的另一端、二极管do1的阳极、二极管di1的阳极、二极管do2的阳极、二极管di2的阳极、二极管do3的阳极、二极管di3的阳极、二极管do4的阳极、二极管di4的阳极共连并连接到直流电源模块的负极，其中新型双定子开关磁阻电机的内定子绕组分别为bia、bib、bic和bid，外定子绕组分别为boa、bob、boc和bod。

接着以a相的两个定子绕组bia和boa为例具体说明五种模式的实现过程，其他b、c、d三相与a相类似。

当电机工作在内定子工作模式时，只有内定子绕组工作，此时用到的功率开关器件为si1和sio1，用到的续流二极管为dio1和di1。图2给出了电机内定子绕组励磁、续流和退磁时的电流流动方向，由图2可知，当电机工作在内定子工作模式时，本文所提出的功率变换器可以实现励磁、上管续流、下管续流和负电压去磁四个工作模态。

当电机工作在外定子工作模式时，只有外定子绕组工作，此时用到的功率开关器件为so1和sio1，用到的续流二极管为dio1和do1。图3给出了电机外定子绕组励磁、续流和退磁时的电流流动方向，由图3可知，当电机工作在外定子工作模式时，本文所提出的功率变换器可以实现励磁、上管续流、下管续流和负电压去磁四个工作模态。

当电机工作在内外定子并联工作模式时，内外定子绕组同时工作，此时用到的功率开关器件为so1、si1和sio1，用到的续流二极管为dio1、do1和di1。图4给出了电机内外定子绕组励磁、续流和退磁时的电流流动方向，由图4可知，当电机工作在内外定子并联工作模式时，本文所提出的功率变换器可以实现励磁、上管续流、下管续流和负电压去磁四个工作模态。

当电机工作在内外定子串联工作模式时，内外定子绕组同时工作，此时用到的功率开关器件为so1和sio2，用到的续流二极管为dio1、do1和dio2。图5给出了电机内外定子绕组励磁、续流和退磁时的电流流动方向，由图5可知，当电机工作在内外定子并联工作模式时，本文所提出的功率变换器可以实现励磁、上管续流、下管续流和负电压去磁四个工作模态。

当电机工作在双定子模式时，内外定子绕组顺序导通，此时用到的功率开关器件为so1、si1、sio1和sio1，用到的续流二极管为di1、do1和dio1。图6给出了电机内外定子绕组励磁、续流和退磁时的电流流动方向，以外定子绕组boa、内定子绕组bia顺序通电模式为例：①当内定子绕组bia比外定子绕组boa先关断时，内定子绕组bia在外定子绕组boa关断之前会存在一段零电压续流，如图6(c)所示；当外定子绕组boa关断，若内定子绕组bia没有续流到0，会存在内定子绕组bia和外定子绕组boa同时负电压续流，如图6(d)所示。②当外定子绕组boa比内定子绕组bia先关断时，外定子绕组boa在内定子绕组bia关断之前会存在一段零电压续流，如图6(e)所示；当内定子绕组bia关断，若外定子绕组boa没有续流到0，会存在内定子绕组bia和外定子绕组boa同时负电压续流，如图6(f)所示。③当内定子绕组bia关断，若外定子绕组boa续流到0，内定子绕组会存在零电压续流和负电压续流两个模态，如图6(g)、6(h)和6(i)所示。