【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電機的功率變換器，具體涉及一種實現快速勵磁和退磁的開關磁阻電機用五電平功率變換器。
技術介紹
1、據公安部統計，截止2023年底，我國汽車保有量達3.36億輛，其中絕大部分為燃油汽車。而燃油汽車極其依賴化石能源，化石能源的大量使用加劇了能源匱乏和環境污染問題，對人們的正常優質生活造成了影響。為有效緩解能源匱乏和環境污染問題，并滿足人們對于出行的需求，人們將目光投向新能源電動汽車。
2、驅動電機技術是新能源電動汽車的核心技術之一，其性能好壞會直接影響汽車的工作性能。由于開關磁阻電機結構簡單、成本低廉、機械強度與可靠性高、對稀土資源的依賴度較低、調速范圍大、具有一定的容錯能力的優點以及起動轉矩大、電流小的特征，正逐漸在電動汽車領域中發揮著其他電機無法取代的作用。
3、開關磁阻電機驅動系統由電機本體、功率變換器、控制器、電流和轉子位置檢測電路構成。其中功率變換器與電源、控制器和開關磁阻電機直接連接，控制器通過產生控制信號改變功率變換電路中各開關器件的通斷組合方式，讓電源能夠為繞組提供不同的電壓，功率變換器的性能對開關磁阻電機驅動系統的輸出特性產生直接影響。
4、目前不對稱半橋三電平功率變換器應用最為廣泛，其電路結構如圖8所示。不對稱半橋功率變換器的每相輸出只有1、0、-1三種電平狀態，如圖9所示，當開關管都導通時，繞組工作在勵磁模式；如圖10所示，當只有一個開關管開通時，繞組工作在零壓續流模式；如圖11所示，當開關管都關斷時，繞組工作在退磁模式。其輸出電壓的電壓等級較為單一，無法滿足電
5、針對上述三電平功率變換器存在的問題，國內外學者設計出了多種不同結構的多電平功率變換器。文獻“reduced?switch?multilevel?converter?topology?to?improvemagnetization?and?demagnetization?characteristics?of?an?srm”在傳統不對稱半橋功率變換電路基礎上加以改進，提出了如圖12所示的五電平功率變換電路，雖然該結構通過各相共用一相橋臂、一個開關管和一個二極管，在降低器件的使用數量的同時，使每相可以輸出+2、+1、0、-1、-2五種電平，但是當任一相工作于快速勵磁狀態(+2)時，以a相為例，s1、s2和s5導通，使d1、d2和d5截止，從而強制其它相只能工作于零壓續流狀態(0)和快速勵磁狀態(+2)，同樣當a相工作于常壓勵磁狀態(+1)，其余各相只能工作在零壓續流狀態(0)和常壓勵磁狀態(+1)。總的來說在兩相至多相重疊導通時，存在相間制約，使得每相的電平狀態不能獨立切換，極大地限制了該功率變換器的進一步應用。同樣的，文獻“a?multileveltopology?based?on?the?t-type?converter?for?srm?drives”所提出的如圖13所示的五電平功率變換器，以及文獻“anovel?four-level?converter?and?instantaneousswitching?angle?detector?for?high?speed?srm?drive”所提出的如圖14所示的四電平功率變換器也存在上述類似的各相無法獨立工作的問題。
6、專利技術專利“運用于混動汽車領域的開關磁阻電機五電平功率變換器(cn115051584a)”所提出的如圖15所示的五電平功率變換器，雖然可以實現各相的獨立工作，但是每相需要使用4個開關管，8個二極管以及2個儲能電容，增加了成本。文獻“基于五電平變換器的開關磁阻電動機轉矩脈動抑制方法”所提出的如圖16所示的五電平功率變換器，通過相位上不相鄰的兩相共用同一橋臂，在實現各相獨立工作的同時，極大地減少了器件的使用，但其僅僅能夠用于四相及以上的具有偶數相的開關磁阻電機，不能用于奇數相開關磁阻電機。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決上述方案中的一個或多個問題，而提供了能夠實現各相相互獨立工作、且結構簡單的一種實現快速勵磁和退磁的開關磁阻電機用五電平功率變換器。
2、為實現上述目的，本專利技術所提供的技術解決方案是：
3、一種實現快速勵磁和退磁的開關磁阻電機用五電平功率變換器，包括電源模塊、左橋臂、右橋臂、橫向二極管模塊以及各相繞組；
4、電源模塊由第一電源模塊與第二電源模塊串聯組成；
5、左橋臂由第一每相開關管模塊、第二每相二極管模塊組成；
6、右橋臂由第一每相二極管模塊、第二每相開關管模塊組成；
7、第一電源模塊的輸出分別與第一每相開關管模塊、第一每相二極管模塊的輸入連接，第一每相開關管模塊的輸出與第二每相二極管模塊的輸入連接，第一每相二極管模塊的輸出與第二每相開關管模塊連接；
8、第二電源模塊的輸入分別與第二每相二極管模塊、第二每相開關管模塊的輸出連接，第二電源模塊的輸出與橫向二極管模塊的輸入連接，橫向二極管模塊的輸出與第二每相開關管模塊內部的公共連接點連接；
9、各相繞組兩端分別與第一每相開關管模塊的輸出、第一每相二極管模塊和第二每相開關管模塊的公共連接點連接。
10、進一步的，第一每相開關管模塊的集電極與第一電源模塊的正極連接，發射極與第二每相二極管模塊的陰極連接，第二每相二極管模塊的陽極與第二電源模塊的負極連接。
11、進一步的，第二每相開關管模塊包括第二每相第一開關管、第二每相第二開關管，第二每相第一開關管的發射極與第二每相第二開關管的集電極連接，集電極與第一每相二極管模塊的陽極連接，第二每相第二開關管的發射極與第二電源模塊的負極連接。
12、進一步的，第二每相開關管模塊內部的公共連接點具體為：第二每相第一開關管的發射極與第二每相第二開關管的集電極的連接點；橫向二極管模塊的陽極與公共連接點連接，陰極與第二電源模塊的正極連接。
13、進一步的，第一每相二極管模塊和第二每相開關管模塊的公共連接點具體為：第一每相二極管模塊的陽極與第二每相第一開關管的集電極的連接點；第一每相二極管模塊的陰極與第一電源模塊的正極連接。
14、本專利技術的優點是：
15、本專利技術在傳統不對稱半橋功率變換器基礎上，通過在每相增加一個開關管和一個二極管，使每相可以輸出五個不同電壓狀態。并通過對每相三個開關管的導通與關斷組合的控制，實現五個電平的切換，在提高電機控制的靈活性的同時，也可以加快繞組的勵磁和退磁速度，來有效降低轉矩脈動，提高系統效率，并進一步擴展調速范圍。相較于已經提出的多電平功率變換電路結構，該結構在保證每相輸出五電平的同時，還減少了開關管和二極管的使用數量，從而降低了開關損耗和功率變換器的制造成本、尺寸和重量，同時因為各相沒有共用任何器件，不存在相間制約，從而能夠實現各相的獨立運行。另外，通過橋臂和橫向二極管的擴展，其可適用本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種實現快速勵磁和退磁的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，包括電源模塊、左橋臂、右橋臂、橫向二極管模塊(D2)以及各相繞組；
2.根據權利要求1所述的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，所述第一每相開關管模塊(S1)的集電極與所述第一電源模塊(U1)的正極連接，發射極與所述第二每相二極管模塊(D3)的陰極連接，所述第二每相二極管模塊(D3)的陽極與所述第二電源模塊(U2)的負極連接。
3.根據權利要求1所述的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，所述第二每相開關管模塊包括第二每相第一開關管(S2)、第二每相第二開關管(S3)，所述第二每相第一開關管(S2)的發射極與所述第二每相第二開關管(S3)的集電極連接，集電極與所述第一每相二極管模塊(D1)的陽極連接，所述所述第二每相第二開關管(S3)的發射極與所述第二電源模塊(U2)的負極連接。
4.根據權利要求3所述的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，所述第二每相開關管模塊內部的公共連接點具體為：所述第二每相第一開關管(S2)的發射極與所述第二每相第二開關管(S3
5.根據權利要求3所述的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，所述第一每相二極管模塊(D1)和所述第二每相開關管模塊的公共連接點具體為：所述第一每相二極管模塊(D1)的陽極與所述第二每相第一開關管(S2)的集電極的連接點；所述第一每相二極管模塊(D1)的陰極與所述第一電源模塊(U1)的正極連接。
...【技術特征摘要】
1.一種實現快速勵磁和退磁的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，包括電源模塊、左橋臂、右橋臂、橫向二極管模塊(d2)以及各相繞組；
2.根據權利要求1所述的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，所述第一每相開關管模塊(s1)的集電極與所述第一電源模塊(u1)的正極連接，發射極與所述第二每相二極管模塊(d3)的陰極連接，所述第二每相二極管模塊(d3)的陽極與所述第二電源模塊(u2)的負極連接。
3.根據權利要求1所述的開關磁阻電機用五電平功率變換器，其特征在于，所述第二每相開關管模塊包括第二每相第一開關管(s2)、第二每相第二開關管(s3)，所述第二每相第一開關管(s2)的發射極與所述第二每相第二開關管(s3)的集電極連接，集電極與所述第一每相二極管模塊(d1)的陽極...
【專利技術屬性】
技術研發人員：葛樂飛，李紅兵，劉棟良，丁曉峰，宋受俊，
申請(專利權)人：西北工業大學重慶科創中心，
類型：發明
國別省市：
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