本發(fā)明涉及開關(guān)磁阻電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)的控制電路。

背景技術(shù)：

開關(guān)磁阻電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；維護(hù)方便，工作效率高；啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于開關(guān)磁阻電機(jī)遵循磁阻最小原理，即磁通總是要沿著磁阻最小路徑閉合，利用磁引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其旋轉(zhuǎn)方向和繞組所通的電流的方向無關(guān)，僅與繞組導(dǎo)通順序有關(guān)。從而，開關(guān)磁阻電機(jī)的控制器只需提供單極性電源就能保證開關(guān)磁阻電機(jī)的正常工作，控制電路也是依據(jù)這一要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

已有的用于開關(guān)磁阻電機(jī)的控制電路主要包括雙開關(guān)式、雙繞組式、電容分壓式、公共開關(guān)式、H橋式等等。由于開關(guān)磁阻電機(jī)中的續(xù)流回路多由電機(jī)的線圈繞組、開關(guān)管和二極管構(gòu)成，故續(xù)流回路的電阻很難減小。已有的控制電路普遍存在的技術(shù)問題是開關(guān)磁阻電機(jī)在換相過程中換相時(shí)間較長，換出相電流的拖尾時(shí)間較長，由于換出相的拖尾電流而產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩在一定程度上抵消勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩，削弱開關(guān)磁阻電機(jī)的帶載能力，從而造成了電能的浪費(fèi)，運(yùn)行效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、器件少、低成本的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制電路，以期能在開關(guān)磁阻電機(jī)換相過程中，縮短換相時(shí)間，減小換出相拖尾電流引起的阻轉(zhuǎn)矩，提高帶載能力，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)的高效控制。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種開關(guān)磁阻電機(jī)的控制電路的特點(diǎn)包括：

直流電源E1，用于向電機(jī)提供能量；

直流電容C1，用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓；

開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3、開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6，用于控制開關(guān)磁阻電機(jī)各相電流的通斷；

二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6，用于調(diào)制和換相時(shí)的電流續(xù)流；

直流電容C2、開關(guān)管S7和電阻R4用于構(gòu)成放電支路；

所述直流電源E1與直流電容C1并聯(lián)，所述直流電容C1的正極分別與所述開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3的C極連接；所述直流電容C1的負(fù)極分別與所述二極管D1、二極管D2、二極管D3的陽極相連；所述開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3的E極依次與所述二極管D1、二極管D2、二極管D3的陰極相連；所述二極管D1、二極管D2、二極管D3的陰極分別與所述開關(guān)磁阻電機(jī)的一側(cè)相連；

所述開關(guān)磁阻電機(jī)的另一側(cè)分別與所述二極管D4、二極管D5、二極管D6的陽極相連；所述二極管D4、二極管D5、二極管D6的陽極依次與所述開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6的C極相連；所述開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6的E極分別與所述直流電容C2的負(fù)極相連；所述二極管D4、二極管D5、二極管D6的陰極分別與所述直流電容C2的正極相連；

所述開關(guān)管S7和電阻R4串聯(lián)后并聯(lián)在所述直流電容C2的兩端。

本發(fā)明所述的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制電路的特點(diǎn)也在于：

在開關(guān)磁阻電機(jī)換相過程中對(duì)所述直流電容C2進(jìn)行充電，完成續(xù)流過程。

當(dāng)所述直流電容C2的電壓高于設(shè)定的過壓保護(hù)值時(shí)，控制開關(guān)管S7導(dǎo)通，直流電容C2儲(chǔ)存的能量通過直流電容C2、電阻R4和開關(guān)管S7構(gòu)成的放電支路進(jìn)行釋放；當(dāng)直流電容C2的電壓低于設(shè)定的過壓保護(hù)值時(shí)，控制開關(guān)管S7關(guān)斷，直流電容C2中所儲(chǔ)存的能量隨著開關(guān)磁阻電機(jī)換相過程的不斷累積，直到直流電容C2的電壓再次達(dá)到過壓保護(hù)值為止。

當(dāng)所述開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于中、大功率的場(chǎng)合時(shí)，所述開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3、開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6采用IGBT；當(dāng)所述開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于小功率的場(chǎng)合時(shí)，所述開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3、開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6采用MOSFET。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明在開關(guān)磁阻電機(jī)的換相過程中，通過對(duì)直流電容C2進(jìn)行充電大幅縮短換了相時(shí)間，減小了換出相拖尾電流引起的阻轉(zhuǎn)矩，提高開了關(guān)磁阻電機(jī)的帶載能力，從而實(shí)現(xiàn)了開關(guān)磁阻電機(jī)的高效控制。

2、本發(fā)明中直流電容C2的累積能量可以通過由直流電容C2、開關(guān)管S7、電阻R4組成的放電支路進(jìn)行釋放，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電容C2的過壓保護(hù)。

3、本發(fā)明根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合的功率等級(jí)對(duì)開關(guān)管進(jìn)行選擇，電路簡(jiǎn)單，器件少，控制電路成本低，適用性廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明開關(guān)磁阻電機(jī)的控制電路圖；

圖2a是本發(fā)明開關(guān)磁阻電機(jī)A相繞組工作時(shí)，開關(guān)管S1導(dǎo)通時(shí)電流的流通路徑圖；

圖2b是本發(fā)明開關(guān)磁阻電機(jī)A相繞組工作時(shí)，開關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)電流的流通路徑圖；

圖3是本發(fā)明開關(guān)磁阻電機(jī)由A相繞組工作切換到B相繞組工作過程中，A相電流的續(xù)流路徑圖；

圖4a是本發(fā)明開關(guān)磁阻電機(jī)B相繞組工作時(shí)，開關(guān)管S2導(dǎo)通時(shí)電流的流通路徑圖；

圖4b是本發(fā)明開關(guān)磁阻電機(jī)B相繞組工作時(shí)，開關(guān)管S2關(guān)斷時(shí)電流的流通路徑圖；

圖5是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例中的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制電路包括：

直流電源E1，用于向電機(jī)提供能量；

直流電容C1，用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓；

開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3、開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6，用于控制開關(guān)磁阻電機(jī)各相電流的通斷；

二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6，用于調(diào)制和換相時(shí)的電流續(xù)流；

直流電容C2、開關(guān)管S7和電阻R4用于構(gòu)成放電支路。

如圖1所示，直流電源E1與直流電容C1并聯(lián)，直流電容C1的正極分別與開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3的C極連接；直流電容C1的負(fù)極分別二極管D1、二極管D2、二極管D3的陽極相連；開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3的E極依次與二極管D1、二極管D2、二極管D3的陰極相連；二極管D1、二極管D2、二極管D3的陰極分別與開關(guān)磁阻電機(jī)的一側(cè)相連；

開關(guān)磁阻電機(jī)的另一側(cè)分別與二極管D4、二極管D5、二極管D6的陽極相連；二極管D4、二極管D5、二極管D6的陽極依次與開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6的C極相連；開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6的E極分別與直流電容C2的負(fù)極相連；二極管D4、二極管D5、二極管D6的陰極分別與直流電容C2的正極相連；

開關(guān)管S7和電阻R4串聯(lián)后并聯(lián)在直流電容C2的兩端，從而由直流電容C2、開關(guān)管S7和電阻R4構(gòu)成放電支路。

具體實(shí)施中，直流電源E1既可為蓄電池，也可通過交流電源整流后獲得。直流電容C2的容值根據(jù)電機(jī)的負(fù)載電流進(jìn)行選擇，一般為2000-3000uf。直流電容C2的耐壓值根據(jù)直流側(cè)電壓確定，一般為直流側(cè)電壓的5-6倍。直流電容C2確定之后，根據(jù)所需的放電時(shí)間確定電阻R4的阻值和功率。

開關(guān)磁阻電機(jī)在換相過程中，通過對(duì)直流電容C2進(jìn)行充電，完成續(xù)流過程，從而減小了換相時(shí)間和換出相電流的拖尾時(shí)間，在一定程度上減小了由換出相的拖尾電流帶來的阻轉(zhuǎn)矩；

具體實(shí)施中，開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6為常通管，通過外部驅(qū)動(dòng)電路輸出控制信號(hào)調(diào)制開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3，使開關(guān)磁阻電機(jī)的三相繞組輪流導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間均為120度。

當(dāng)所述直流電容C2的電壓高于設(shè)定的過壓保護(hù)值時(shí)，控制開關(guān)管S7導(dǎo)通，直流電容C2儲(chǔ)存的能量通過直流電容C2、電阻R4和開關(guān)管S7構(gòu)成的放電支路進(jìn)行釋放，從而使直流電容C2的電壓逐漸下降到過壓保護(hù)值以下；當(dāng)直流電容C2的電壓低于設(shè)定的過壓保護(hù)值時(shí)，控制開關(guān)管S7關(guān)斷，直流電容C2中所儲(chǔ)存的能量隨著開關(guān)磁阻電機(jī)換相過程的不斷延續(xù)而累積，直到直流電容C2的電壓再次達(dá)到過壓保護(hù)值為止；

具體實(shí)施中，直流C2的電壓會(huì)在過壓保護(hù)值附近來回波動(dòng)。過壓保護(hù)值的大小直接決定了電機(jī)換相時(shí)間的長短，過壓保護(hù)值越大，電機(jī)換相的時(shí)間就越短。然而，過壓保護(hù)值不能超過電容C2耐壓值的2/3，否則會(huì)造成直流電容C2的損壞。

具體實(shí)施中，當(dāng)開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于中、大功率的場(chǎng)合時(shí)，輸出功率為kW級(jí)以上，開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3、開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6采用IGBT；當(dāng)開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于小功率的場(chǎng)合時(shí)，輸出功率為kW級(jí)以下，開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3、開關(guān)管S4、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6采用MOSFET。

實(shí)施例：

本實(shí)施例如圖2a、圖2b、圖3、圖4a、圖4b所示，為開關(guān)磁阻電機(jī)從A相繞組導(dǎo)通換相到B相繞組導(dǎo)通的情況，實(shí)線部分表示開關(guān)磁阻電機(jī)在換相過程中的電流流通路徑，換相過程如下：

第一：A相繞組工作

如圖2a和圖2b所示，A相繞組工作時(shí)，開關(guān)管S1為調(diào)制管，開關(guān)管S4為常通管，開關(guān)管S2、開關(guān)管S3、開關(guān)管S5、開關(guān)管S6均關(guān)斷。如圖2a所示，當(dāng)開關(guān)管S1導(dǎo)通時(shí)，直流電源E1通過開關(guān)管S1、開關(guān)管S4給A相繞組供電，A相繞組有電流流過；如圖2b所示，當(dāng)開關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，A相繞組通過二極管D1、開關(guān)管S4進(jìn)行續(xù)流；

第二：由A相繞組工作到B相繞組工作的換相過程

如圖3所示，由A相繞組工作到B相繞組工作的換相過程中，通過外部驅(qū)動(dòng)電路輸出控制信號(hào)關(guān)斷開關(guān)管S1-開關(guān)管S6，開關(guān)磁阻電機(jī)A相繞組通過二極管D1，二極管D4和直流電容C2進(jìn)行續(xù)流，直流電容C2上的能量隨著換相過程的延續(xù)不斷累積，電壓不斷升高；

第三：B相繞組工作

A相電流續(xù)流完成后，換相過程結(jié)束，B相繞組工作。如圖4a和圖4b所示，開關(guān)管S2為調(diào)制管，開關(guān)管S5為常通管，開關(guān)管S1、開關(guān)管S3、開關(guān)管S4、開關(guān)管S6均關(guān)斷。如圖4a所示，當(dāng)開關(guān)管S2導(dǎo)通時(shí)，直流電源E1通過開關(guān)管S2、開關(guān)管S5給B相繞組供電，B相繞組有電流流過；如圖4b所示，當(dāng)開關(guān)管S2關(guān)斷時(shí)，B相繞組通過二極管D2、開關(guān)管S5進(jìn)行續(xù)流；

具體實(shí)施中，實(shí)時(shí)采樣獲得的直流電容C2上的電壓，并與設(shè)定過壓保護(hù)值進(jìn)行比較，若直流電容C2上的電壓高于設(shè)定過壓保護(hù)值，控制開關(guān)管S7導(dǎo)通，使直流電容C2上累積的能量通過電阻R4進(jìn)行釋放；若直流電容C2上的電壓低于設(shè)定過壓保護(hù)值，則控制開關(guān)管S7關(guān)斷，使直流電容C2的放電支路斷開。

同理，任意相開關(guān)磁阻電機(jī)均可按照本發(fā)明提出的方法進(jìn)行改善，構(gòu)成這種新型的開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路。如兩相開關(guān)磁阻電機(jī)根據(jù)本發(fā)明提出的方法進(jìn)行改善，可得到適用于兩相開關(guān)磁阻電機(jī)的新型控制電路；四相開關(guān)磁阻電機(jī)根據(jù)本發(fā)明提出的方法進(jìn)行改善，可得到適用于四相開關(guān)磁阻電機(jī)的新型控制電路；五相開關(guān)磁阻電機(jī)根據(jù)本發(fā)明提出的方法進(jìn)行改善，可得到適用于五相開關(guān)磁阻電機(jī)的新型控制電路。

為了驗(yàn)證本發(fā)明的正確性和實(shí)用性，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行了開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

如圖5所示，開關(guān)磁阻電機(jī)的三相繞組輪流導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間均為120度。采用本發(fā)明的控制電路時(shí)，在換相過程中，換相時(shí)間和換出相的拖尾時(shí)間明顯減小，顯著的減小了換出相的拖尾電流帶來的阻轉(zhuǎn)矩，降低了換相過程中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了開關(guān)磁阻電機(jī)的帶載能力，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)的高效控制。