[发明专利]一种基于准Z源模块化变换器的三相开关磁阻电机系统

说明书

本发明为一种基于准Z源模块化变换器的三相开关磁阻电机系统。该系统的准Z源模块化变换器由一个前端准Z源电路和四组并联的功率变换单元组成，四组功率变换单元之间连接三相开关磁阻电机的相定子绕组；该变换器可实现四种运行模式，即直通模式、非直通励磁模式、非直通零电压续流模式、非直通退磁模式。本发明可以通过改变准Z源模块化变换器的直通占空比调节母线电压，直流母线电压变化范围得到大幅扩展，进而可实现电机宽范围调速。同时母线电压的提高，可加快励磁和退磁过程，转矩脉动得以减少。本发明为一种高集成度、高功率密度、高可靠性、直流母线电压可调的三相开关磁阻电机系统。

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种基于准Z源模块化变换器的三相开关磁阻电机系统。

背景技术

作为全球产业自动化领域的动力之源，电机驱动系统供需市场规模的日益上升及其应用环境、运行工况的日益复杂，都将对电机驱动系统成本、环境适应性及运行可靠性提出更严格的技术标准与更高的技术需求。在全球加速产业自动化与倡导绿色智能制造的大背景下，无稀土开关磁阻电机由于电机成本低、恶劣环境适应性强、故障容错性好以及重载能力可持续性强等突出优势成为国内外研究热点，其先进控制技术研究可为国家战略需求提供支撑。

由于开关磁阻电机的双凸极结构、高度非线性的磁路特性以及分相励磁的驱动方式，系统运行过程振动噪声大，转矩脉动严重。最广泛使用的不对称半桥变换器拓扑由分立式开关器件组装而成，具有集成度和功率密度低，体积大以及功率器件选择灵活性差的缺点。为适应电机驱动市场对体积与成本、可靠性以及运行性能等要求越来越高的发展趋势，继承并强化开关磁阻电机固有优势，找到具有广泛的应用范围和强大的抗干扰能力的高集成的开关磁阻电机驱动器系统对提高系统功率密度和减少转矩脉动非常重要。

考虑开关磁阻电机系统集成度，体积大小以及应用范围，一种由全桥模块和双开关模块组成的三相开关磁阻电机模块化变换器被提出。由于使用了两个标准且常用的开关模块，提高了系统集成度和器件利用率，拓宽了器件选型范围。在专利“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”中(ZL201610097014.9)，提出了新的相支路操作模式，但由于模块化功率变换器中的两相串联励磁，一相的励磁电压很低。励磁时间长和电压水平限制会增加转矩脉动。另外，由于在复杂的工作条件下，全桥开关模块很容易因电磁干扰而引起桥臂直通问题，因此上述模块化变换器具有较低的抗扰性和可靠性，这削弱了开关磁阻电机具有良好的环境适应性的优势。

发明内容

本发明的目的是继承并强化开关磁阻电机宽调速、恶劣环境适应性好等固有优势，解决现有开关磁阻电机模块化驱动系统研究存在励磁电压不足，抗扰性与可靠性较低等技术问题，弥补和改善Z源/准Z源网络与开关磁阻电机匹配性差、系统集成度低等欠缺，提出一种基于准Z源模块化变换器的三相开关磁阻电机系统。准Z源模块化变换器是在模块化变换器的前端级联一个准Z源电路，通过级联准Z源电路可提升直流母线电压，加快了励磁和退磁过程，同时扩展电机的调速范围，并将传统全桥的直通状态变为正常工作状态，增强了系统的抗扰性和可靠性。本发明为一种高集成度、高功率密度、高可靠性、直流母线电压可调的三相开关磁阻电机系统。

本发明的技术方案如下：

一种基于准Z源模块化变换器的三相开关磁阻电机系统，该系统包括三相开关磁阻电机、准Z源模块化变换器、位置传感器、定子绕组电流传感器、输出电源电流传感器、母线电压传感器以及为准Z源模块化变换器提供驱动信号的控制器；

其中，控制器分别和准Z源模块化变换器、位置传感器、定子绕组电流传感器、输出电源电流传感器、母线电压传感器相连；准Z源模块化变换器分别与三相开关磁阻电机、输出电源电流传感器、母线电压传感器以及直流电源相连；三相开关磁阻电机分别与位置传感器和定子绕组电流传感器相连；

所述的准Z源模块化变换器由一个前端准Z源电路和四组并联的功率变换单元组成，四组功率变换单元之间连接三相开关磁阻电机的相定子绕组，用于为开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁；