[发明专利]操作开关磁阻电机的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及开关磁阻电机及其操作。更具体地，尽管不是排他性地，本发明涉及使电机中的绝缘故障的检测更容易。

背景技术

开关磁阻系统的特性和操作在本领域中是众所周知的，并且例如在1993年6月21-24日在纽伦堡举行的PCIM'93中由Stephenson和Blake发表的“The characteristics,design and application of switched reluctance motors and drives”中进行了描述，该文件通过引用并入本文。图1以示意形式示出了典型的开关磁阻驱动器，其中开关磁阻电机12连接到负载19。直流电源11可以是电池或经整流和滤波的交流市电或一些其他形式的能量存储。由电源11提供的DC电压通过在电子控制单元14的控制下的功率转换器13被切换到电机12的相绕组16两端。为了驱动器的正常工作，该切换必须正确地与转子的旋转角同步，并且通常采用转子位置检测器15来提供对应于转子的角位置的信号。转子位置检测器15可以采取许多形式，包括软件算法的形式，并且其输出也可以用于生成速度反馈信号。位置检测器的存在和对完全取决于转子的瞬时位置的激励策略的使用导致对这些电机采用“转子位置切换”的通用描述。

与其它电机一样，励磁线圈通过包括一层或多层绝缘材料的绝缘系统与电机的框架绝缘。通常，电机的不同部分具有不同类型的绝缘材料，这取决于这些不同部分的电气和热条件。绝缘系统的总体目的是将导电体与电机的框架隔离，出于安全原因，电机通常电接地，使得接触电机的任何人不会暴露于潜在的危险电压。类似地，用于电力电子设备和控制系统的外壳是接地的。在图1中示意性地示出这种接地。

对于这种类型的电机，已知有许多不同的功率转换器拓扑，其中几个在上面提到的Stephenson论文中进行了讨论。最常见的配置之一在图2中示出，用于多相系统的单相，其中在母线26和27之间，电机的相绕组16与两个开关装置21和22串联地连接。母线26和27统称为转换器的“直流链路”。能量恢复二极管23和24连接到绕组，以允许在开关21和22断开时绕组电流流回到直流链路。低值电阻器28可以与下方的开关串联连接以充当非隔离的电流感测电阻器。这是对图1所示的隔离电流换能器18的替代布置。多相系统通常使用并联连接的适当数量的图2的相脚以供应整个系统，如图3所示用于三相系统。

被称为“直流链路电容器”的电容器25跨接直流链路，以产生(source)或吸收直流链路电流的不能从电源吸收或返回到电源的所有交流分量(即，所谓的“纹波电流”)。实际上，电容器25可以包括串联和/或并联连接的几个电容器，并且在使用并联连接的情况下，一些元件可以分布在整个转换器中。

通常，相绕组被供电以按如下这样影响转子的旋转。在转子的第一角位置(称为“接通角”，θ_on)，控制器14提供开关信号以接通两个开关装置21和22。当开关装置21和22接通时，相绕组耦合到直流链路，导致在电机中建立渐增的磁通量。磁通量在气隙中产生磁场，该磁场作用在转子磁极上从而产生马达转矩。电机中的磁通量由从直流电源11流过开关21和22以及相绕组16的电流提供的磁动势(mmf)支持。通常采用电流反馈，并且通过快速断开或闭合开关装置21和/或22中的一个或两个来斩断电流来对相电流进行控制。在马达运行中，通常接通角θ_on被选择为转子位置，在该位置处转子上的极间空间的中心线与定子极的中心线对齐，但接通角θ_on也可以是其它角度。

在许多系统中，相绕组保持连接到直流链路(或者如果利用了斩波则间歇地连接)，直到转子旋转到使得转子达到所谓的“续流角”，θ_fw。当转子到达对应于续流角的角位置时，开关之一，例如21被关断。因此，流过相绕组的电流将继续流动，但现在仅流过开关中的一个(在本示例中为22)并且仅流过二极管23/24中的一个(在本示例中为24)。在续流时间段期间，相绕组上的电压降是小的，并且通量保持基本上恒定。电路保持在该续流状态，直到转子旋转到称为“关断角”，θ_off的角位置(例如，当转子极的中心线与定子极的中心线对齐时)。当转子达到关断角时，开关21和22都被关断，相绕组23中的电流开始流过二极管23和24。二极管23和24于是在相反的方向施加来自直流链路的直流电压，导致电机中的磁通量(并因此使相电流)减小。这种情况继续下去，直到电流下降到二极管再次变得反向偏置并且电流停止的水平。