基于開關磁阻電動機的功率變換器的研究
發布時間:2007/4/23 0:00:00 訪問次數:561
功率變換器是驅動開關磁阻電動機的電路裝置，為其提供電能。對功率變換器功率開關的通斷狀態進行合理的控制可實現電機的調速動轉。功率變換 器主電路拓撲形式的選取與供電電壓、電機相數、主開關器件的種類有密切的關系。合理選擇和設計功率變換器是提高SRD的性能價格比的關鍵之一。雖然功率變換 器電路的拓撲形式多種多樣并各有其特點，但目前并未形成理論定式（固定模式）。一般來說，選取理想的SR功率變換器的原則是：電路拓撲與電動機結構匹配、效率高、控制方便、結構簡單、成本低。
1 功率變換器主電路工作分析
SRD系統的性能和成本很大程度上取決于功率變換器的性能和成本，所以對功率變換 器的研究意義重大。目前研究主要集中在功率變換器拓撲結構的設計、主開關器件選擇和使用等方面。
1．1 四相八管式功率變換器
四相八管式SR電動機功率變換器主電路拓撲如圖2所示，其中A、B、C、D各相分別有兩只主開關和兩只續流二極管與直流電源相連。此電路有三種工作狀態。以A相為例，觸發T1、T2，兩開關管都導通，直流電源如到A相繞組，建立電流和磁鏈，相電流iA沿圖3（3）所示路徑流動。當T1和T2中有一個管子關斷，A相繞組電流在T1、D2或T2、D1構成的回路中續流。這一過程可減小電流的脈動，相電流iA沿圖3（b）所示路徑流動。T1和T2都關斷，相電源通過D1、D2續流，此時磁鏈迅速下降，繞組能量回饋電源。相電流iA沿圖3（c）所示路徑流動。
四相八管式SR電動機功率變換主電路拓撲工作模式分析：在圖3（a）所示的模式下直流電源電壓提供給電機A相繞組勵磁能量。相應的等式為（1）式，式中UT為主開關通態飽和壓降，RA為A相電阻，ψA為A相磁鏈。在圖3（b）所式模式下，設上開關管關斷，相應的等式為（2）式；Ud為二極管導通壓降。在圖3（c）模式下，相應的等式為（3）式。
Us-2UT=dψA/dt+RaiA (1)
-UT-UD=dψA/dt+RaiA (2)
-Us-2UD=dψA/dt+RaiA (3)
1.2 四相四管雙繞組式功率變換器
四相四管雙繞組式SR電動機功率變換器主電路拓撲如圖4所示。A、B、C、D各相分別有兩個繞組，每相的一邊繞組與開關器件相連，另一邊繞組與續流二極管相連。此電路有兩種工作狀態。以A相為例，T1管在A相的一邊繞組中建立電流，相電流iA沿圖5（a）所示路徑流動；T1管關斷，通過另一邊繞組和D1回饋電流。相電流iA沿圖5（b）所示路徑流動。
四相四管雙繞組式SR電動機功率變換器主電路拓撲工作模式分析：在圖5（a）所示的模式下，相應的等式為（4）式，iA1為與主開關相聯的繞組中電流，RA1為與主開關相聯的繞組的電阻。在圖5（b）所示的模式下，相應的等式為（5）式，iA2為與二極管相聯的繞組中電流，RA2為與二極管相聯的繞組的電阻。
Us-UT=dψA/dt+RA1iA1 (4)
-Us-UD=dψA/dt+RA2iA2 (5)
1.3 四相四管等分直流電源型功率變換器
四相四管等分直流電源型SR電動機功率變換器主電路拓撲如圖6所示。每相用一個開關器件，靠同容量的電容將直流電源等分。此電路的工作狀態用A、B兩相來說明。A相工作時，S1開通，由C1向A繞組建立電流；S1關斷，D1續流回饋電流給C2，相電流iA沿圖7（a）所示路徑流動。B相中的開關管和續流二極管位置與A相對調，目的是保證正、負電源供電平衡。B相工作時，相電流iB沿圖7（b）所示路徑流動。C、D相同理。
四相四管等分直流電源式SR電動機功率變換器主電路拓撲分析：在圖7（a）所示的模式下，直流電源給A相供電，相應的等式為（6）式
功率變換器是驅動開關磁阻電動機的電路裝置，為其提供電能。對功率變換器功率開關的通斷狀態進行合理的控制可實現電機的調速動轉。功率變換 器主電路拓撲形式的選取與供電電壓、電機相數、主開關器件的種類有密切的關系。合理選擇和設計功率變換器是提高SRD的性能價格比的關鍵之一。雖然功率變換 器電路的拓撲形式多種多樣并各有其特點，但目前并未形成理論定式（固定模式）。一般來說，選取理想的SR功率變換器的原則是：電路拓撲與電動機結構匹配、效率高、控制方便、結構簡單、成本低。
1 功率變換器主電路工作分析
SRD系統的性能和成本很大程度上取決于功率變換器的性能和成本，所以對功率變換 器的研究意義重大。目前研究主要集中在功率變換器拓撲結構的設計、主開關器件選擇和使用等方面。
1．1 四相八管式功率變換器
四相八管式SR電動機功率變換器主電路拓撲如圖2所示，其中A、B、C、D各相分別有兩只主開關和兩只續流二極管與直流電源相連。此電路有三種工作狀態。以A相為例，觸發T1、T2，兩開關管都導通，直流電源如到A相繞組，建立電流和磁鏈，相電流iA沿圖3（3）所示路徑流動。當T1和T2中有一個管子關斷，A相繞組電流在T1、D2或T2、D1構成的回路中續流。這一過程可減小電流的脈動，相電流iA沿圖3（b）所示路徑流動。T1和T2都關斷，相電源通過D1、D2續流，此時磁鏈迅速下降，繞組能量回饋電源。相電流iA沿圖3（c）所示路徑流動。
四相八管式SR電動機功率變換主電路拓撲工作模式分析：在圖3（a）所示的模式下直流電源電壓提供給電機A相繞組勵磁能量。相應的等式為（1）式，式中UT為主開關通態飽和壓降，RA為A相電阻，ψA為A相磁鏈。在圖3（b）所式模式下，設上開關管關斷，相應的等式為（2）式；Ud為二極管導通壓降。在圖3（c）模式下，相應的等式為（3）式。
Us-2UT=dψA/dt+RaiA (1)
-UT-UD=dψA/dt+RaiA (2)
-Us-2UD=dψA/dt+RaiA (3)
1.2 四相四管雙繞組式功率變換器
四相四管雙繞組式SR電動機功率變換器主電路拓撲如圖4所示。A、B、C、D各相分別有兩個繞組，每相的一邊繞組與開關器件相連，另一邊繞組與續流二極管相連。此電路有兩種工作狀態。以A相為例，T1管在A相的一邊繞組中建立電流，相電流iA沿圖5（a）所示路徑流動；T1管關斷，通過另一邊繞組和D1回饋電流。相電流iA沿圖5（b）所示路徑流動。
四相四管雙繞組式SR電動機功率變換器主電路拓撲工作模式分析：在圖5（a）所示的模式下，相應的等式為（4）式，iA1為與主開關相聯的繞組中電流，RA1為與主開關相聯的繞組的電阻。在圖5（b）所示的模式下，相應的等式為（5）式，iA2為與二極管相聯的繞組中電流，RA2為與二極管相聯的繞組的電阻。
Us-UT=dψA/dt+RA1iA1 (4)
-Us-UD=dψA/dt+RA2iA2 (5)
1.3 四相四管等分直流電源型功率變換器
四相四管等分直流電源型SR電動機功率變換器主電路拓撲如圖6所示。每相用一個開關器件，靠同容量的電容將直流電源等分。此電路的工作狀態用A、B兩相來說明。A相工作時，S1開通，由C1向A繞組建立電流；S1關斷，D1續流回饋電流給C2，相電流iA沿圖7（a）所示路徑流動。B相中的開關管和續流二極管位置與A相對調，目的是保證正、負電源供電平衡。B相工作時，相電流iB沿圖7（b）所示路徑流動。C、D相同理。
四相四管等分直流電源式SR電動機功率變換器主電路拓撲分析：在圖7（a）所示的模式下，直流電源給A相供電，相應的等式為（6）式
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