[導(dǎo)讀] 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是一種新型無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。文章以開關(guān)磁阻電機(jī)的功率變換器為主要研究對(duì)象，重點(diǎn)分析了經(jīng)典的半橋型功率變換電路及一種新型的軟開關(guān)功率變換電路，并對(duì)其進(jìn)行了Matlab/Simulink仿真研究，比較了基于這兩種功率變換電路的SRD在相同工作條件下所表現(xiàn)出的不同特性。
關(guān)鍵詞：功率變換器SRD
0 引 言
開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是由電力電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)磁阻電機(jī)相結(jié)合，發(fā)展起來的新型無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。功率變換器是開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，在電機(jī)成本中占有很大比重，其性能的好壞將直接影響到電機(jī)的工作效率和可靠性。功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同主要表現(xiàn)在電機(jī)繞組回饋能量方式的差異上。本文將以開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器為研究對(duì)象。
1 開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換電路
1.1 功率變換器簡介
功率變換器調(diào)節(jié)不同的負(fù)載處于額定功率運(yùn)行，同時(shí)也有不受電網(wǎng)波動(dòng)影響的作用。功率變換器是通過電力電子裝置進(jìn)行的，既有直流功率變換器，也有交流功率變換器。其原理是在一個(gè)周期內(nèi)調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間或是在幾個(gè)周期內(nèi)調(diào)節(jié)若干個(gè)連續(xù)導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間來改變電機(jī)輸出功率。
功率電子器件在調(diào)速系統(tǒng)及各種功率變換電路中運(yùn)用廣泛，以開關(guān)方式工作的電力電子器件是開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換電路的基礎(chǔ)及核心。目前，較常用的功率開關(guān)器件主要有以下幾種：晶閘管（SCR）、雙極型功率晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率場效應(yīng)晶體管（Power MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。本文中選擇開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換電路都是以IGBT 為主開關(guān)器件。
1.2 功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
功率變換器是開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有多種形式，區(qū)別主要在于回收繞組釋放磁場能量的方法不同。圖1 所示是一種不對(duì)稱半橋式功率變換電路。
2 功率變換器的設(shè)計(jì)
2.1 新型功率變換電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
新型功率變換器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示，圖中虛線框Ⅰ、Ⅱ以外是典型的不對(duì)稱半橋式功率變換電路。其中A、B、C 是SRM 的三相繞組；S1 ~ S6 為相開關(guān)；D1 ~ D6 為各相繞組的續(xù)流二極管；虛線框Ⅰ以內(nèi)的執(zhí)行軟開關(guān)輔助電路由諧振電感Lr，諧振電容Cr，輔助開關(guān)Sch、Sdis 和二極管Dch、Dfr 組成；虛線框Ⅱ內(nèi)是RCD 緩沖吸收回路，與主開關(guān)并聯(lián)。
與傳統(tǒng)的半橋式功率變換電路相比，本電路具有以下一些特點(diǎn)：電路中加入軟開關(guān)輔助電路，只要適時(shí)控制輔助開關(guān)Sch、Sdis 的通斷，則可實(shí)現(xiàn)主開關(guān)的軟開啟和軟關(guān)斷；與主開關(guān)并聯(lián)的RCD 緩沖電路，因電容電壓不能突變，可抑制IGBT 關(guān)斷時(shí)的過電壓，同時(shí)可緩解導(dǎo)通時(shí)繞組磁鏈的波動(dòng)。
2.2 新型功率變換電路的工作原理分析
以A 相繞組為例，其改進(jìn)后的電路基本運(yùn)行圖如圖3 所示，圖4 顯示了電路的基本波形。其中主開關(guān)S2 的一個(gè)開關(guān)周期分為充電、PWM 調(diào)制和放電三個(gè)階段：
（1）在充電期間（如圖4 所示中的t0 ~ t2）：t0 之前，電容Cr 已經(jīng)在前面的周期內(nèi)放電至零。在t0 時(shí)刻，Dch 零電流開關(guān)條件下導(dǎo)通，Cr 通過電感Lr 充電，通過1/2 個(gè)諧振周期至t1 時(shí)結(jié)束。由于Dch 單向?qū)щ娦裕瑃1 時(shí)刻之后ich=0，在t2 時(shí)刻Sch 在零電流條件關(guān)斷。在t0 時(shí)Sch 打開，直流環(huán)節(jié)電壓下降到零，于此，S2 在零電壓下打開。
（2）PWM 期間（ 如圖4 所示中的t2 到t3）：通過調(diào)節(jié)PWM 的占空比可控制對(duì)SRM 的能量輸出。
（3） 放電期間（ 如圖4 所示中的t3 ~ t7）：在t3 時(shí)刻，Sdis 開啟， 電容Cr 通過Lr 放電， 放電路徑為Cr → Lr → U → S2 → D1 → Sdis.t5 時(shí)刻后，負(fù)載電流開始流經(jīng)Cr，Cr 不斷放電至零。最后，在t6 時(shí)刻，Vcr=0，二極管Dfr 導(dǎo)通，idis=0，負(fù)載電流依次通過D1、Dfr 和S1.t6 時(shí)刻后，Sdis 關(guān)斷，idis=0.
