基于开关磁阻电动机的功率变换器的研究
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:567
功率变换器是驱动开关磁阻电动机的电路装置，为其提供电能。对功率变换器功率开关的通断状态进行合理的控制可实现电机的调速动转。功率变换 器主电路拓扑形式的选取与供电电压、电机相数、主开关器件的种类有密切的关系。合理选择和设计功率变换器是提高SRD的性能价格比的关键之一。虽然功率变换 器电路的拓扑形式多种多样并各有其特点，但目前并未形成理论定式（固定模式）。一般来说，选取理想的SR功率变换器的原则是：电路拓扑与电动机结构匹配、效率高、控制方便、结构简单、成本低。
1 功率变换器主电路工作分析
SRD系统的性能和成本很大程度上取决于功率变换器的性能和成本，所以对功率变换 器的研究意义重大。目前研究主要集中在功率变换器拓扑结构的设计、主开关器件选择和使用等方面。
1．1 四相八管式功率变换器
四相八管式SR电动机功率变换器主电路拓扑如图2所示，其中A、B、C、D各相分别有两只主开关和两只续流二极管与直流电源相连。此电路有三种工作状态。以A相为例，触发T1、T2，两开关管都导通，直流电源如到A相绕组，建立电流和磁链，相电流iA沿图3（3）所示路径流动。当T1和T2中有一个管子关断，A相绕组电流在T1、D2或T2、D1构成的回路中续流。这一过程可减小电流的脉动，相电流iA沿图3（b）所示路径流动。T1和T2都关断，相电源通过D1、D2续流，此时磁链迅速下降，绕组能量回馈电源。相电流iA沿图3（c）所示路径流动。
四相八管式SR电动机功率变换主电路拓扑工作模式分析：在图3（a）所示的模式下直流电源电压提供给电机A相绕组励磁能量。相应的等式为（1）式，式中UT为主开关通态饱和压降，RA为A相电阻，ψA为A相磁链。在图3（b）所式模式下，设上开关管关断，相应的等式为（2）式；Ud为二极管导通压降。在图3（c）模式下，相应的等式为（3）式。
Us-2UT=dψA/dt+RaiA (1)
-UT-UD=dψA/dt+RaiA (2)
-Us-2UD=dψA/dt+RaiA (3)
1.2 四相四管双绕组式功率变换器
四相四管双绕组式SR电动机功率变换器主电路拓扑如图4所示。A、B、C、D各相分别有两个绕组，每相的一边绕组与开关器件相连，另一边绕组与续流二极管相连。此电路有两种工作状态。以A相为例，T1管在A相的一边绕组中建立电流，相电流iA沿图5（a）所示路径流动；T1管关断，通过另一边绕组和D1回馈电流。相电流iA沿图5（b）所示路径流动。
四相四管双绕组式SR电动机功率变换器主电路拓扑工作模式分析：在图5（a）所示的模式下，相应的等式为（4）式，iA1为与主开关相联的绕组中电流，RA1为与主开关相联的绕组的电阻。在图5（b）所示的模式下，相应的等式为（5）式，iA2为与二极管相联的绕组中电流，RA2为与二极管相联的绕组的电阻。
Us-UT=dψA/dt+RA1iA1 (4)
-Us-UD=dψA/dt+RA2iA2 (5)
1.3 四相四管等分直流电源型功率变换器
四相四管等分直流电源型SR电动机功率变换器主电路拓扑如图6所示。每相用一个开关器件，靠同容量的电容将直流电源等分。此电路的工作状态用A、B两相来说明。A相工作时，S1开通，由C1向A绕组建立电流；S1关断，D1续流回馈电流给C2，相电流iA沿图7（a）所示路径流动。B相中的开关管和续流二极管位置与A相对调，目的是保证正、负电源供电平衡。B相工作时，相电流iB沿图7（b）所示路径流动。C、D相同理。
四相四管等分直流电源式SR电动机功率变换器主电路拓扑分析：在图7（a）所示的模式下，直流电源给A相供电，相应的等式为（6）式
功率变换器是驱动开关磁阻电动机的电路装置，为其提供电能。对功率变换器功率开关的通断状态进行合理的控制可实现电机的调速动转。功率变换 器主电路拓扑形式的选取与供电电压、电机相数、主开关器件的种类有密切的关系。合理选择和设计功率变换器是提高SRD的性能价格比的关键之一。虽然功率变换 器电路的拓扑形式多种多样并各有其特点，但目前并未形成理论定式（固定模式）。一般来说，选取理想的SR功率变换器的原则是：电路拓扑与电动机结构匹配、效率高、控制方便、结构简单、成本低。
1 功率变换器主电路工作分析
SRD系统的性能和成本很大程度上取决于功率变换器的性能和成本，所以对功率变换 器的研究意义重大。目前研究主要集中在功率变换器拓扑结构的设计、主开关器件选择和使用等方面。
1．1 四相八管式功率变换器
四相八管式SR电动机功率变换器主电路拓扑如图2所示，其中A、B、C、D各相分别有两只主开关和两只续流二极管与直流电源相连。此电路有三种工作状态。以A相为例，触发T1、T2，两开关管都导通，直流电源如到A相绕组，建立电流和磁链，相电流iA沿图3（3）所示路径流动。当T1和T2中有一个管子关断，A相绕组电流在T1、D2或T2、D1构成的回路中续流。这一过程可减小电流的脉动，相电流iA沿图3（b）所示路径流动。T1和T2都关断，相电源通过D1、D2续流，此时磁链迅速下降，绕组能量回馈电源。相电流iA沿图3（c）所示路径流动。
四相八管式SR电动机功率变换主电路拓扑工作模式分析：在图3（a）所示的模式下直流电源电压提供给电机A相绕组励磁能量。相应的等式为（1）式，式中UT为主开关通态饱和压降，RA为A相电阻，ψA为A相磁链。在图3（b）所式模式下，设上开关管关断，相应的等式为（2）式；Ud为二极管导通压降。在图3（c）模式下，相应的等式为（3）式。
Us-2UT=dψA/dt+RaiA (1)
-UT-UD=dψA/dt+RaiA (2)
-Us-2UD=dψA/dt+RaiA (3)
1.2 四相四管双绕组式功率变换器
四相四管双绕组式SR电动机功率变换器主电路拓扑如图4所示。A、B、C、D各相分别有两个绕组，每相的一边绕组与开关器件相连，另一边绕组与续流二极管相连。此电路有两种工作状态。以A相为例，T1管在A相的一边绕组中建立电流，相电流iA沿图5（a）所示路径流动；T1管关断，通过另一边绕组和D1回馈电流。相电流iA沿图5（b）所示路径流动。
四相四管双绕组式SR电动机功率变换器主电路拓扑工作模式分析：在图5（a）所示的模式下，相应的等式为（4）式，iA1为与主开关相联的绕组中电流，RA1为与主开关相联的绕组的电阻。在图5（b）所示的模式下，相应的等式为（5）式，iA2为与二极管相联的绕组中电流，RA2为与二极管相联的绕组的电阻。
Us-UT=dψA/dt+RA1iA1 (4)
-Us-UD=dψA/dt+RA2iA2 (5)
1.3 四相四管等分直流电源型功率变换器
四相四管等分直流电源型SR电动机功率变换器主电路拓扑如图6所示。每相用一个开关器件，靠同容量的电容将直流电源等分。此电路的工作状态用A、B两相来说明。A相工作时，S1开通，由C1向A绕组建立电流；S1关断，D1续流回馈电流给C2，相电流iA沿图7（a）所示路径流动。B相中的开关管和续流二极管位置与A相对调，目的是保证正、负电源供电平衡。B相工作时，相电流iB沿图7（b）所示路径流动。C、D相同理。
四相四管等分直流电源式SR电动机功率变换器主电路拓扑分析：在图7（a）所示的模式下，直流电源给A相供电，相应的等式为（6）式
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