一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略

技术领域

本发明涉及一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略，属于电 机控制领域。

背景技术

SRM驱动系统包括电机本体、控制器、功率变换器和检测器四个部分。功率变换器 负责为电能传输提供通路，实现向SRM供电、将电能回馈给电源或向用电负载供电等功能。 SRM驱动系统除电机本体之外，其体积、重量和成本主要取决于功率变换器。传统SRM功率变 换器拓扑主要有不对称半桥型、公共开关型、电容裂相型、电容转储型等结构，这些结构与 传统交流电机功率变换器有很大差别，不能直接使用已经成熟的交流电机驱动器模块，通 常采用分立开关器件实现，增加了系统的复杂度、体积和重量，降低了可靠性，提高了成本。 上世纪八十年代以来，电力电子技术和计算机技术的发展，为功率器件的更新换代奠定了 基础。特别是高集成度、低成本功率开关模块的出现，对功率变换器拓扑结构的研究产生了 深远影响。近年来，出现了一些模块化SRM功率变换器，但绝大部分存在器件选型范围较窄 或利用率不高的缺陷。文献“Cost-optimizedswitchedreluctancemotordrivewith bipolarcurrents”基于一个Six-packIGBT模块和一个DualIGBT模块提出了一种适用于 三相SRM绕组星形连接且中线引出的功率变换器拓扑，提高了系统集成度，拓宽了器件选型 范围，同时器件也有较高的利用率，但所用控制策略无法完成两相同时导通，导致电机平均 输出转矩小，转矩脉动大。

发明内容

针对上述模块化功率变换器控制方法的缺陷，本发明提出了一种新的控制策略， 在不改变功率变换器结构的基础上，能够实现两相同时导通，提高了电机的平均输出转矩， 降低了转矩脉动。且Six-packIGBT模块中开关管平均开关频率为不对称半桥功率变换器 中开关管平均开关频率的一半，缩短了导通时间，延长了工作寿命。

定义三相开关磁阻电机A、B和C相绕组的开通、关断角分别为θ_onA、θ_offA、θ_onB、θ_offB、 θ_onC、θ_offC，转子位置角为θ，SRM转子极数为N_r，开关磁阻电机各相导通角存在重叠，则

各相励磁顺序为BA→A→AC→C→CB→B→BA。技术方案如下：

当θ_onA≤θ<θ_offB时，A相导通，B相未关断，A相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂 的上(下)管与B相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂的下(上)管同时导通，并与电源正、 负端组成完整回路，此时A、B两相串联励磁；

当θ_offB≤θ<θ_onC时，B相关断，A相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂的上(下)管 与绕组另一端所连接DualIGBT模块桥臂下(上)管同时导通，并与电源正、负端组成完整回 路，此时A相绕组单独励磁，B相退磁直至关断；

当θ_onC≤θ<θ_offA时，C相导通，A相未关断，A相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂 上(下)管与C相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂的下(上)管同时导通，并与电源正、负 端组成完整回路，此时A、C两相串联励磁；

当θ_offA≤θ<θ_onB时，A相关断，C相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂的上(下)管 与绕组另一端所连接DualIGBT模块桥臂的下(上)管同时导通，并与电源正、负端组成完整 回路，此时C相绕组单独励磁，A相退磁直至关断；

当θ_onB≤θ<θ_offC时，B相导通，C相未关断，C相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂 的上(下)管与B相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂的下(上)管同时导通，并与电源正、 负端组成完整回路，此时C、B两相串联励磁；

当θ_offC≤θ<θ_onA时，C相关断，B相绕组所连接Six-packIGBT模块桥臂的上(下)管 与绕组另一端所连接DualIGBT模块桥臂的下(上)管同时导通，并与电源正、负端组成完整 回路，此时B相绕组单独励磁，C相退磁直至关断；

本发明所述控制策略包括电机绕组励磁、零压续流和退磁三种工作模式，当SRM各 相导通角存在重叠时，这三种模式又可分为电机绕组单相励磁、两相串联励磁、单相零压续 流、两相串联零压续流、单相退磁、两相串联退磁，共6种工作模式。基于这些模式，可以方便 的实现SRM的电流斩波控制和电压PWM控制。

本发明的有益效果：①克服了所用SRM模块化功率变换器无法两相重叠导通的缺 陷，增大了导通角，提高了电机平均输出转矩，降低了转矩波动；②降低了Six-packIGBT模 块开关管的平均开关频率，延长了该模块的工作寿命。

附图说明

图1为A、B两相绕组串联励磁工作模式图。

图2为A相绕组单独励磁工作模式图。

图3为A、C两相绕组串联励磁工作模式图。

图4为C相绕组单独励磁工作模式图。

图5为C、B两相绕组串联励磁工作模式图。

图6为B相绕组单独励磁工作模式图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例，对本发明的技术方案进行详细说明。实例所用电机为 一个1kW三相12/8极开关磁阻电机。开通角θ_on＝0°，关断角θ_off＝18°。以90°为一个电周期， 各相励磁顺序为BA→A→AC→C→CB→B→BA→A→AC→C→CB→B→BA。定义各相电流流入N 点为正方向。

当0°≤θ<3°时，A相导通，B相未关断，T1、T6同时导通，此时A、B两相绕组串联励磁， A相电流为正，B相电流为负，如图1实线所示；

当3°≤θ<15°时，B相关断，T1、T8同时导通，此时A相绕组单独励磁，B相绕组退磁，A 相电流为正，如图2实线所示；

当15°≤θ<18°时，C相导通，A相未关断，T1、T4同时导通，此时A、C两相绕组串联励 磁，A相电流为正，C相电流为负，如图3实线所示；

当18°≤θ<30°时，A相关断，T7、T4同时导通，此时C相绕组单独励磁，A相绕组退磁， C相电流为负，如图4实线所示；

当30°≤θ<33°时，B相导通，C相未关断，T5、T4同时导通，此时C、B两相绕组串联励 磁，B相电流为正，C相电流为负，如图5实线所示；

当33°≤θ<45°时，C相关断，T5、T8同时导通，此时B相绕组单独励磁，C相绕组退磁， B相电流为正，如图6实线所示；

当45°≤θ<48°时，A相导通，B相未关断，T5、T2同时导通，此时A、B两相绕组串联励 磁，A相电流为负，B相电流为正，如图1虚线所示；

当48°≤θ<60°时，B相关断，T7、T2同时导通，此时A相绕组单独励磁，B相绕组退磁， A相电流为负，如图2虚线所示；

当60°≤θ<63°时，C相导通，A相未关断，T3、T2同时导通，此时A、C两相绕组串联励 磁，A相电流为负，C相电流为正，如图3虚线所示；

当63°≤θ<75°时，A相关断，T3、T8同时导通，此时C相绕组单独励磁，A相绕组退磁， C相电流为正，如图4虚线所示；

当75°≤θ<78°时，B相导通，C相未关断，T3、T6同时导通，此时C、B两相绕组串联励 磁，B相电流为负，C相电流为正，如图5虚线所示；

当78°≤θ<90°时，C相关断，T7、T6同时导通，此时B相绕组单独励磁，C相绕组退磁， B相电流为负，如图6虚线所示；

本发明所述控制策略全周期导通逻辑及各相电流方向如表1所示。

表1全周期导通逻辑及各相电流方向