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专利号: 2023102742838
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双定子开关磁阻电机用功率变换器,该功率变换器适用于双定子开关磁阻电机为模块化U型双定子结构,且电机的相数为四相;其特征在于:所述功率变换器包括一个直流电源模块Us、两个升压前置电路及一个多开关功率变换电路;所述两个升压前置电路由两个升压电容Cb1和Cb2、两个续流二极管Db1和Db2以及三个功率开关管Sb1、Sb2和Sb3构成;其中,升压前置电路1中升压电容Cb1的一端和二极管Db1的阳极与开关管Sb2的一端、直流电源模块的正极共连在一起;升压电容Cb1的另一端与开关管Sb1的一端共连在一起;开关管Sb1的另一端和二极管Db1的阴极与多开关功率变换电路一输入端共连在一起;

开关管Sb2的另一端与升压前置电路2中升压电容Cb2的一端和开关管Sb3的一端共连在一起;升压前置电路2中开关管Sb3的另一端和二极管Db2的阴极与直流电源模块的负极共连在一起;升压电容Cb2的另一端和二极管Db2的阳极与多开关功率变换电路另一输入端共连在一起。

2.根据权利要求1所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:

定义双定子开关磁阻电机中,Ai、Bi、Ci和Di构成内定子绕组,Ao、Bo、Co和Do构成外定子绕组;所述多开关功率变换电路由十二个二极管和十四个开关管组成;其中,功率变换电路中的开关管S1、S2、S3、S7、S8、S9的一端、二极管D3、D5、D6、D9、D11、D12的阴极与所述开关管Sb1的另一端和二极管Db1的阴极共连在一起;开关管S4、S5、S6、S10、S11、S12的另一端、二极管D1、D2、D4、D7、D8、管D10的阳极与升压电容Cb2的另一端和二极管Db2的阳极共连在一起;

开关管S1的另一端与外定子绕组Ao的一端和二极管D1的阴极共连在一起;开关管S2的另一端与外定子绕组Co的一端和二极管D2的阴极共连在一起;二极管D3的阳极与外定子绕组Ao的另一端、外定子绕组Co的另一端、开关管Q1的一端和开关管S4的一端共连在一起;

开关管S3的另一端与内定子绕组Ai的一端、内定子绕组Ci的一端、开关管Q1的另一端和二极管D4的阴极共连在一起;二极管D5的阳极与内定子绕组Ai的另一端和开关管S5的一端共连在一起;二极管D6的阳极与内定子绕组Ci的另一端和开关管S6的一端共连在一起;

开关管S7的另一端与外定子绕组Bo的一端和二极管D7的阴极共连在一起;开关管S8的另一端与外定子绕组Do的一端和二极管D8的阴极共连在一起;二极管D9的阳极与外定子绕组Bo的另一端、外定子绕组Do的另一端、开关管Q2的一端和开关管S10的一端共连在一起;

开关管S9的另一端与内定子绕组Bi的一端、内定子绕组Di的一端、开关管Q2的另一端和二极管D10的阴极共连在一起;二极管D11的阳极与内定子绕组Bi的另一端和开关管S11的一端共连在一起;二极管D12的阳极与内定子绕组Di的另一端和开关管S12的一端共连在一起。

3.根据权利要求2所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:

双定子开关磁阻电机的工作模式包括:内定子工作模式、外定子工作模式、双定子工作模式、内外定子串联和并联工作模式五种模式。

4.根据权利要求3所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:

当电机处于内定子工作模式时,用到的功率开关器件为S3、S5、S6、S9、S11和S12,用到的续流二极管为D4、D5、D6、D10、D11和D12;

当电机处于外定子工作模式时,用到的功率开关器件为S1、S2、S4、S7、S8和S10,用到的续流二极管为D1、D2、D3、D7、D8和D9;

当电机处于内外定子并联工作模式时,用到的功率开关器件为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11和S12,用到的续流二极管为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11和D12;

当电机处于内外定子串联工作模式时,用到的功率开关器件为S1、S2、S5、S6、S7、S8、S11、S12、Q1和Q2,用到的续流二极管为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11和D12;

当电机处于双定子工作模式时,用到的功率开关器件为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11和S12,用到的续流二极管为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11和D12。

5.根据权利要求4所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:

所述内定子工作模式、外定子工作模式、双定子工作模式、内外定子串联和并联工作模式五种模式均能够实现励磁、上管续流、下管续流和负电压去磁四个工作模态。

6.根据权利要求5所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:

所述两个升压前置电路具有超快速励磁工作模态、快速励磁工作模态、一般励磁工作模态、超快速退磁工作模态及零电压续流工作模态五种工作模态。

7.根据权利要求6所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:

当升压前置电路处于超快速励磁工作模态时,用到的功率开关器件为Sb1和Sb3,用到的升压电容为Cb1和Cb2,未用到续流二极管;

当升压前置电路处于快速励磁工作模态时,用到的功率开关器件为Sb3,用到续流二极管为Db1,用到的升压电容为Cb2;

当升压前置电路处于一般励磁工作模态时,用到的功率开关器件为Sb2,用到续流二极管为Db1和Db1,用到的升压电容为Cb2;

当升压前置电路处于超快速退磁工作模态时,用到的功率开关器件为Sb1和Sb3中的反并联二极管,用到的升压电容为Cb1和Cb2;

当升压前置电路处于零电压续流工作模态时,未用到升压前置电路中的功率开关器件、续流二极管和升压电容。

8.根据权利要求1或2所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:

所述功率开关管为IGBT或者MOSFET,所述二极管均采用快速恢复二极管。

9.一种基于权利要求7所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器的控制方法,其特征在于:对两个升压前置电路充放电时间进行控制,包括:当处于内定子、外定子、内外定子串联和并联的工作模式,两个升压前置电路的升压位置在每相的开通角和关断角位置后的一定角度区间内,电容Cb2处于放电状态,其它角度区间处于充电状态;电容Cb1只在每相关断角位置后的一定角度区间内,处于放电状态;

当处于双定子工作模式,在每相开通角位置后的一定角度区间内,在公共开关管上叠加一个一定频率和占空比为0.5的PWM信号,能够一边对A相施加负电压,使其继续退磁,一边对C相施加正电压,使其仍能正常励磁。

10.根据权利要求9所述的双定子开关磁阻电机用功率变换器的控制方法,其特征在于:电容Cb2从每相开通角和关断角至开通角和关断角后2°的范围内处于放电状态;电容Cb1只在每相从关断角至关断角后1°的范围内处于放电状态;

在每相从开通角至开通角后2°的范围内,在公共开关管上叠加一个一定频率和占空比为0.5的PWM信号。