用于纯电开关磁阻电机驱动系统的多电平功率变换器      肇庆出租路灯车

      用于纯电开关磁阻电机驱动系统的多电平功率变换器   肇庆出租路灯车, 肇庆租赁路灯车, 肇庆路灯车  传统的开关磁阻电机驱动系统的功率变换器功率变换器是驱动开关磁阻电机必不可少的重要组成部分，它接受、变换直流电源的电压，输送给电机绕组，是一个能量传输的桥梁，它也起到电能分配控制的作用。功率变换器的控制信号主要来自于控制器。开关磁阻电机的调速系统主要由电机、功率变换器、控制器三者构成，这三者之间相互联系。合理的选择、设计功率变换器将会影响到整个调速系统的性能。一个合适的功率变换器对提升调速性能、降低成本、提高稳定性等都有着关键作用。非对称半桥功率变换器是目前开关磁阻电机驱动领域应用最广泛，也是最受欢迎的变换器。 在非对称半桥功率变换器中，每一相绕组都需要两个桥臂驱动。每个桥臂包括一个二极管，一个开关管。则m相电机，就需要2m个开关管，2m个二极管。以A相为例，其工作模式如下：当两个开关管S1、S2都闭合，A相获得励磁电压，即正向电压Vs，电流通过S1、S2和绕组La，工作状态以及电流流向。当两个开关管S1、S2都关断，D1、D2提供续流通路，A相开始退磁，即承受反向电压Vs。电流流经D1、D2和绕组La，能量回馈给电源侧，工作状态以及电流流向。当两个开关管S1、S2其中一个闭合，另一个关断，那么闭合的一相与另一桥臂的二极管构成零电压续流回路，相绕组电压为0，其工作状态以及电流流向。上面的分析是以A相为例，其余相相同。可以得到各相之间相互独立，互不干扰，系统的稳定性大大提高。故而应用范围相当广阔。但是缺点是所使用的功率变换器较多，成本较高，且各相励磁电压，退磁电压的绝对值都是电源电压，无法满足快速励磁或者快速退磁。而实际应用中，如在高速下，由于反向电动势较大，相绕组承受的实际电压并不大，且高速下工作周期变短，低的电压并不能保证电流快速上升，会造成电流退磁缓慢，产生负转矩，需要较高的电压才能保证电流波形等不畸变，且能够保持并延长恒转矩区。在低速下，以电流斩波控制为例，在斩波期间，高电压会导致电流快速变化，器件的开关频率增大，从而开关损耗增大，即低速下不期望较高的电压。因此，一种多电平功率变换器能满足不同转速、不要控制区间的需求，可以增大控制自由度，有利于提升转矩，降低转矩纹波。衡量一个功率变换器的优劣主要是考虑它与电机结构匹配，对提升整个系统效率高低，这个控制器的控制简单还是复杂，这个控制器成本如何等方面。因此一个理想的功率变换器结构应该具备以下几种条件：1、成本低廉，这样才能更具有市场竞争力   2、功率器件较少  3、具备迅速增加相电流的能力   4、相绕组的能量能够通过功率变换器回馈给电源    5、适应性强，不局限于固定相数电机，或者特殊结构电机   6、结构简单，不需要更改电机内部绕组结构，如改变中心抽头等。

      改进的开关磁阻电机驱动系统的功率变换器,   提到一种有源升压逆变器，也就是一种双母线结构功率变换器。这个拓扑是将辅助电源与基本功率变换器结合在一起的功率变换器。辅助电源包括电源切换开关Sca，二极管Daux，电源侧电容CDC及高压电容Caux；基本功率变换器一相包括一个开关器件Sx及一个二极管Dx。这个拓扑驱动m相逆变器，需要m+2个开关管、m+1个二极管，另外需要一个高压电容。这个拓扑的优点是仅用了一半的可控功率器件，从而大大降低了器件的成本还有体积。且辅助电源充分利用了电机退磁能量，通过控制辅助电源的接入或者切出，可以有效控制电机的励磁、退磁速度，提升了电机效率。另外，因为辅助电源的电压很高，是电源电压数倍，换相时间大大降低，从而控制策略也得到优化。但是这种拓扑缺点是两相之间无法独立运行，两相之间电压相互制约，无法随意切换，大大降低实用性。

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      改进型C-dump功率变换器,  提到一种种改进电容储能型变换器。驱动m相电机，需要2m个开关管、m+2个二极管，假设电容Cd的电压是Ud。以L1相单相导通为例，当S2闭合，电流流经D3、R1、L1、S2给线圈供电，忽略开关器件还有二极管的损耗，相绕组承受的电压是电源电压U。当S1、S2都闭合，电流流经S1、S2、R1、L1、Cd，相绕组两端的电压是U+Ud，这一状态储能电容放电。当S1闭合，电流流经S2、R1、L1、D1，相绕组两端的电压是0。当S1、S2都关断，电流流经R1、L1、D1、D3、Cd，相绕组两端的电压是-Ud。这种功率变换器加入一个电容Cd，做能量存储、转移，使得励磁时，可以有电源电压、电源电压与转移电容串联电压两种。但是，退磁电压只能是转移电容电压，退磁电压较小，且其电压无法控制，大大影响了变换器的控制性能。

     前级无源升压功率变换器,  提到一种无缘升压逆变器，通过在传统非对称桥式逆变器前级加三个二极管，两个电容，从而可以得到更高的反向电压，其电路结构图。通过二极管还有电容，以及电流流向，可以实现两个电容并联或者串联。通过电容的串并联，实现相电压的改变，从而减小尾电流，提升转矩。具体工作方式以A相为例。当S1、S2都闭合，相绕组处于励磁状态，此时C1、C2两电容并联放电，相绕组的励磁电压来自于C1、C2并联输出，即C1、C2两个电容电压的最大值，假设C1、C2电容电压分别为Vc1、Vc2。即max（Vc1、Vc2）。当Vc1大于Vc2，那么电容C1为相绕组提供励磁电压，电流流经C1、Dh1、S1、S2、La。当Vc1小于Vc2，那么电容C2为相绕组提供励磁电压，电流流经C2、Dh3、S1、S2、La。当Vc1等于Vc2，电容C1、C2一同为相绕组提供励磁电压，电流流经C1、C2、Dh1、Dh3、S1、S2、La。当S1、S2都关断，相绕组出于退磁状态，此时C1、C2串联，两电容充电，相绕组的退磁电压来自于C1、C2电压之和，即-(Vc1+Vc2)，电流流经C1、C2、Dh2、D1、D2、La。当S1、S2其中一个开关管闭合，另一关断，工作状态等同于传统非对称桥式，即构成零电压续流回路。忽略两电容差异，视为一致都是Vc，即这种驱动功率变换器可以实现Vdc、-2Vdc、0这三种相电压值。这种拓扑的显著优点是在传统非对称桥式逆变器基础上加入前级模块，没有开关功率器件，成本不会有太多增高，且并不影响相绕组之间的相互独立，容错性能好，另外两电容电压可以自动平衡，不需要特殊控制。通过这种拓扑可以减小尾电流，提升转矩，延长恒转矩区。忽略功率器件的损耗，假设两电容电压一致都是Vdc。这种拓扑的缺点是只能固定得到三种电平Vdc、-2Vdc、0。虽然其在两相换相区可能会出现2Vdc，但是这是换相工作区不恒定状态，并不能保证在需要时，能及时加快励磁过程。

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