[发明专利]一种变流器系统及具有该系统的定子直流励磁电机

说明书

本发明公开了一种变流器系统，其包括供电电源、定子直流励磁电机和控制器，所述控制器包括变流器模块，所述变流器模块包括：N组容量不对称的单相全桥逆变电路组成的变流器拓扑,用于控制所述直流励磁电机的电流，所述容量不对称的单相全桥逆变电路拓扑包括两片大容量的开关器件，两片大容量的二极管器件，两片小容量的开关器件，两片小容量的二极管器件；以及由N片驱动芯片及其外围元器件组成的N相驱动电路，用于驱动所述变流器拓扑，从而实现对所述直流励磁电机电流的控制。本发明还公开了一种具有该变流器系统的定子直流励磁电机。本发明的变流器系统实现最优转矩密度，增大变流器的功率密度，并降低电机控制系统的成本。

技术领域

本发明属于逆交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种变流器系统及具有该系统的定子直流励磁电机。

背景技术

应用电力电子变换器作为控制器是现代电气传动的主要方法。永磁电机具有高功率密度、高效率、高功率因数等优点，但永磁电机成本较高。而传统的开关磁阻电机结构简单、成本低，但由于其特有的供电方式，在开关关断瞬间，存在较大的电流尖峰，因此电机的振动和噪声很大，此外，电机的转矩脉动也较大。这些缺点影响了开关磁阻电机在某些对振动和噪声要求较高的场合的使用。近年来，有些学者提出了直流偏置正弦电流的游标电机。这种电机的相电流除了交变分量外，还含有直流分量。针对这种每相电流都包含交流和直流两种分量的新型的定子直流励磁电机，传统的控制器采用完全对称的单相全桥逆变器控制每相电流。由于定子直流励磁电机电流的正负不对称性，不同位置的电力电子器件的容量上存在优化的空间。定子直流励磁电机存在更优化的控制器结构能够使用容量更小的电力电子器件及其配套资源。

专利文献CN106026823A公开了一种电机驱动器拓扑及控制算法，所述电机驱动器拓扑包括3n相电机、驱动器和控制器，所述n≥1且n为正整数，所述3n相电机通过驱动器连接电源，所述控制器通过驱动器控制3n相电机的工作状态，所述驱动器采用桥式结构，所述桥式结构为n个三相桥式逆变电路，当n>1时，所述n个三相桥式逆变电路上、下串联连接，所述3n相电机为n套三相绕组结构，所述控制算法为通过三相电机的空间矢量脉宽调制算法控制3n相电机的工作状态。该发明的效果能够驱动多相电机、结构简单，控制算法简便，系统可靠性高。

但是专利文献CN106026823A公开的电机驱动器拓扑及控制算法存在如下问题：

(1)该电机驱动器拓扑只能驱动3n相的电机，不能驱动任意n相的电机。

(2)该电机驱动器拓扑及其控制算法只能实现传统的SVPWM调制，输出电流波形只能为不带直流偏置的正弦波。对于定子侧电流需要直流偏置的新型电机，该算法无法满足控制要求。

(3)该电机驱动器拓扑没有对功率器件进行优化选型，导致功率器件的冗余浪费，没有实现功率器件的最优利用，系统功率密度低，经济性差。

发明内容

针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供一种变流器系统及具有该系统的定子直流励磁电机，其目的在于通过对变流器拓扑的选择，对功率开关器件的选择与组合，在很好的实现定子直流励磁电机控制的情况下，实现最优转矩密度，增大变流器的功率密度，平衡各功率器件的寿命及发热情况，并降低电机控制系统的成本。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种变流器系统，其包括供电电源、定子直流励磁电机和控制器，所述控制器包括变流器模块，所述变流器模块包括：

N组容量不对称的单相全桥逆变电路组成的变流器拓扑,用于控制所述所述直流励磁电机的电流，所述容量不对称的单相全桥逆变电路拓扑包括两片大容量的开关器件，两片大容量的二极管器件，两片小容量的开关器件，两片小容量的二极管器件；以及

由N片驱动芯片及其外围元器件组成的N相驱动电路，用于驱动所述变流器拓扑，从而实现对所述直流励磁电机电流的控制。

进一步地，所述开关器件不能流通反向电流。