CN105634372A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略。模块化功率变换器由一个Dual？IGBT模块和一个Six-pack？IGBT模块组成，SRM绕组星形连接，且引出中线。本发明所述控制策略通过同时开通Six-pack？IGBT模块中一个桥臂的上(下)管和Dual？IGBT模块中桥臂的下(上)管，实现SRM的单相导通；通过同时开通Six-pack？IGBT模块中一个桥臂的上(下)管以及另一个桥臂的下(上)管，实现SRM的两相重叠导通。本发明所述控制策略能够实现SRM单相导通与两相重叠导通，增大了导通角，有利于提高SRM平均输出转矩，减小转矩波动，另外所述控制策略中Six-pack？IGBT模块开关管的平均开关频率是相电流频率的一半，有利于缩短Six-pack？IGBT模块开关管的工作时间，延长开关管的工作寿命。

Description

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-optimizedswitchedreluctancemotordrivewithbipolarcurrents”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θonA、θoffA、θonB、θoffB、θonC、θoffC，转子位置角为θ，SRM转子极数为Nr，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θonA≤θ<θoffB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θoffB≤θ<θonC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θonC≤θ<θoffA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θoffA≤θ<θonB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θonB≤θ<θoffC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θoffC≤θ<θonA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θon＝0°，关断角θoff＝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

Claims (5)

1.一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略，其特征在于：通过同时开通Six-packIGBT模块中一个桥臂的上(下)管和DualIGBT模块中桥臂的下(上)管，实现SRM的单相导通；通过同时开通Six-packIGBT模块中一个桥臂的上(下)管以及另一个桥臂的下(上)管，实现SRM的两相重叠导通；定义开关磁阻电机A、B、C三相绕组的开通、关断角分别为θonA、θoffA、θonB、θoffB、θonC、θoffC，转子位置角为θ，各相导通角存在重叠，且励磁顺序为BA→A→AC→C→CB→B→BA；本发明公布的控制策略实现过程如下：
当θonA≤θ<θoffB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θoffB≤θ<θonC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θonC≤θ<θoffA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θoffA≤θ<θonB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θonB≤θ<θoffC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θoffC≤θ<θonA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。
2.根据权利要求1所述一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略，其特征在于：所述的开关磁阻电机A、B、C三相绕组的开通、关断角θonA、θoffA、θonB、θoffB、θonC、θoffC满足 其中Nr为电机转子极数。
3.根据权利要求1所述的一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略，其特征在于：所述的模块化功率变换器由一个Six-packIGBT模块和一个DualIGBT模块组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略，其特征在于：所述的三相SRM绕组为星形连接，且引出中线。
5.根据权利要求1所述的一种用于三相SRM模块化功率变换器的双极性励磁控制策略，其特征在于：所述的三相SRM绕组的一端分别连接Six-packIGBT模块3个桥臂的中点，另一端均通过中线连接于DualIGBT模块桥臂的中点。
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