CN110380652A - 一种功率器件集成式绕组换接电路 - Google Patents

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阳辉
吕舒康
林鹤云
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

Abstract

本发明公开了一种功率器件集成式绕组换接电路，包括三个全桥电路单元、一个开关控制单元和两个电容，其中，三个全桥电路单元并联，分别连接至电源，两个电容串联后连接至电源，所述开关控制单元用于根据控制导通和关断，其一端连接至两个电容的串联连接点，另一端分别连接电机三相中每一相的两个绕组的公共点，每一相的两个绕组的另一端还分别连接至一个全桥电路单元中一个半桥的中间点。本发明所提出的电路结构与现有电路相比，结构进一步简化，电机通过绕组切换实现转速范围拓宽的同时，由于对直轴弱磁电流需求降低，电机在高速区的效率能够得到提高。

Description

一种功率器件集成式绕组换接电路
技术领域
本发明涉及永磁电机控制领域，尤其涉及一种永磁电机的功率器件集成式绕组换接电路。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)具有高转矩密度以及低速运行下的高效率等优点。然而由于永磁体的磁动势无法进行调节，这就限制了电机的最大转速，为了进一步拓展电机的运行范围，需要通过负的直轴电流进行弱磁，然而这就导致电机损耗的提高。
绕组换接就是一种能够提高电机转速范围同时保持永磁电机高效率运行的一种解决方案。常见的绕组换接方案有串联-并联变换、星-三角变换、有效绕组匝数变换。安川电机的Kume等人提出了一种基于电力电子器件的星-三角变换电路，通过电力电子器件代替接触器，有效减轻死区效应。威斯康星大学麦迪逊分校的Lipo教授等人提出了一种适用于双三相表贴式永磁同步电机的绕组换接电路，通过两套三相逆变器和晶闸管构成的电路，使得双三相表贴式永磁同步电机的两套三相绕组能够工作在不同的连接方式下，大大提高了表贴式永磁同步电机的转速范围。不过，绕组在切换之后转矩波动会有所增大。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种功率器件集成式绕组换接电路。
技术方案：本发明所述的功率器件集成式绕组换接电路包括三个全桥电路单元、一个开关控制单元和两个电容，其中，三个全桥电路单元并联，分别连接至电源，两个电容串联后连接至电源，所述开关控制单元用于根据控制导通和关断，其一端连接至两个电容的串联连接点，另一端分别连接电机三相中每一相的两个绕组的公共点，每一相的两个绕组的另一端还分别连接至一个全桥电路单元中一个半桥的中间点。
进一步的，每一所述全桥电路单元包括四个三极管，其中，每一三极管的集电极都通过反向的二极管连接至其发电极，每两个三极管通过一三极管的发电极连接另一三极管的集电极进行串联，形成一个半桥，两个半桥再通过并联形成一个全桥电路单元。所述开关控制单元包括两个反向并联的开关器件。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明提供的功率器件集成式绕组换接电路能够使永磁同步电机的两套绕组实现正向叠加和反向抵消两种模式。通过对功率器件的控制，电机在绕组正向叠加模式下时，维持较大的转矩输出，电机在绕组反向抵消模式下时，转速范围进一步拓宽。本发明所提出的电路结构与现有电路相比，结构进一步简化。电机通过绕组切换实现转速范围拓宽的同时，由于对直轴弱磁电流需求降低，电机在高速区的效率能够得到提高。
附图说明
图1为本发明提供的功率器件集成式绕组换接电路的电路图；
图2为图1中开关控制单元开通时等效电路示意图；
图3为图1中开关控制单元关断时等效电路示意图。
具体实施方式
本实施例提供了一种功率器件集成式绕组换接电路，适用于具有两套三相绕组的永磁同步电机，如图1所示，包括三个全桥电路单元、一个开关控制单元和两个电容，其中，三个全桥电路单元并联后连接至电源，每一全桥电路单元包括四个三极管，每一三极管的集电极都通过反向的二极管连接至其发电极，每两个三极管通过一三极管的发电极连接另一三极管的集电极进行串联，形成一个半桥，两个半桥再通过并联形成一个全桥电路单元，例如，全桥电路单元1包括三极管Q1～Q4，三极管Q1和Q2串联，Q3和Q4串联，之后再并联。两个电容为电解电容，串联后连接至电源Udc。开关控制单元包括两个反向并联的晶闸管VT1和VT2，其一端连接至两个电容的串联连接点，另一端分别连接电机三相中每一相的两个绕组的公共点PA、PB、PC，每一相的两个绕组的另一端还分别连接至一个全桥电路单元中一个半桥的中间点，例如电机其中一相的两个绕组A1和A2，A1的一端和A2的一端反向连接，A1的另一端连接Q1和Q2的连接点，A2的另一端连接Q3和Q4的连接点。
本实施例工作原理为：通过不同的控制方式，能将接入到该电路的电机工作在绕组正向叠加模式和绕组反向抵消模式。图1中的开关控制单元导通时，电机每一相的两个绕组能够通过两个半桥分别进行控制，电机工作在绕组正向叠加模式，等效电路如图2所示，此时电机能够产生最大的转矩，而逆变器所能提供的最大电压为Udc/2。当开关控制单元关断时，电机每一相的两个绕组反向连接，电机工作在绕组反向抵消模式，等效电路如图3所示，此时由永磁体磁链产生的感应电动势相互抵消，电机所能达到的最大转速进一步扩展，逆变器所能提供的最大电压为Udc。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种功率器件集成式绕组换接电路，其特征在于：包括三个全桥电路单元、一个开关控制单元和两个电容，其中，三个全桥电路单元并联，分别连接至电源，两个电容串联后连接至电源，所述开关控制单元用于根据控制导通和关断，其一端连接至两个电容的串联连接点，另一端分别连接电机三相中每一相的两个绕组的公共点，每一相的两个绕组的另一端还分别连接至一个全桥电路单元中一个半桥的中间点。
2.根据权利要求1所述的功率器件集成式绕组换接电路，其特征在于：每一所述全桥电路单元包括四个三极管，其中，每一三极管的集电极都通过反向的二极管连接至其发电极，每两个三极管通过一三极管的发电极连接另一三极管的集电极进行串联，形成一个半桥，两个半桥再通过并联形成一个全桥电路单元。
3.根据权利要求1所述的功率器件集成式绕组换接电路，其特征在于：所述开关控制单元包括两个反向并联的开关器件。
4.根据权利要求1所述的功率器件集成式绕组换接电路，其特征在于：所述开关器件具体为晶闸管。
5.根据权利要求1所述的功率器件集成式绕组换接电路，其特征在于：所述电容具体为电解电容。
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