專利名稱：一種高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，特別涉及一種多功率單元輸出 的直接串聯(lián)的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置。
技術(shù)背景近年來開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置已越來越廣泛的得到應(yīng)用，所需功率越來 越大。該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)和控制器兩大部分組成，而電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，常用的形式為4相8/6極，3相12/8極等。略去上電限流電路后，現(xiàn)用4相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主電路如

圖1所示。 三相電網(wǎng)輸入，經(jīng)橋式整流和電容濾波后得到一個(gè)直流功率電源；4個(gè)由 功率開關(guān)和續(xù)流二極管串成的橋臂，組成半橋式功率逆變電路，給具有公 共連接點(diǎn)M的電動(dòng)機(jī)繞組通電。功率開關(guān)有一端接電源正端的橋臂為正橋臂，功率開關(guān)有一端接電源 負(fù)端的橋臂為負(fù)橋臂。2個(gè)正橋臂的功率開關(guān)輪流導(dǎo)通， 一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 ^電角度。2個(gè)負(fù)橋臂的功率開關(guān)也如此，但正橋臂與負(fù)橋臂間導(dǎo)通相差 ^/2電角度，因此任何時(shí)候都有兩相繞組通電?，F(xiàn)在用得最多的是圖2示3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的三相繞組是 互相絕緣的，獨(dú)立地通過自己的半橋電路得電。每個(gè)半橋皆由一個(gè)正橋臂 和負(fù)橋臂構(gòu)成，整個(gè)功率逆變電路共有6個(gè)橋臂。在3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)中，三個(gè)相繞組的導(dǎo)通角相位相差2"/3電角 度。導(dǎo)通時(shí)兩相間有一定的重疊角，亦即有時(shí)是一個(gè)相繞組得電，有時(shí)候
是兩相同時(shí)得電。圖2示3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的功率較大，另外3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的 定/轉(zhuǎn)子極數(shù)一般為12/8極，低速性能比較好。適當(dāng)?shù)靥岣呷嚯娫措妷阂院?，三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的功率已達(dá)數(shù)佰 千瓦。這是功率開關(guān)，二極管等常用元件的最大額定能力，如果采用更高 電壓的功率開關(guān)，則價(jià)格昂貴，也存在著可靠性問題。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的每相繞組有若干線巻連成，像4相8/6極電動(dòng)機(jī)有2 個(gè)線巻，3相12/8極電動(dòng)機(jī)有4個(gè)線巻。增大開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置功率的 一種方案是把相繞組中的線巻拆開，各相線巻配套后，由多個(gè)相當(dāng)于原來 功率電路的功率單元來分套驅(qū)動(dòng)。對(duì)于3相12/8極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)而言， 如果把相繞組的4個(gè)線巻拆開，配成4套三相，就可以用4個(gè)功率單元來 驅(qū)動(dòng)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置的功率增大4倍。由于各功率單元都處于低電壓狀態(tài)，工作原理也無大變，上述多功率 單元分套驅(qū)動(dòng)方案簡單可靠，容易實(shí)行。但電動(dòng)機(jī)與控制器間連線或比例 的增加，給用戶帶來不便，也容易出故障；另外電動(dòng)機(jī)相繞組的線巻個(gè)數(shù) 不多，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置功率僅能增大有限的倍數(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種連線少，運(yùn)行可靠，功率提高 倍數(shù)大的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，包括N相高電壓 大功率開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，功率單元和移相變壓器(Tl)，相應(yīng)于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的每相繞組，設(shè)置Z個(gè)功率單元輸出，直接串聯(lián)；所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置包含ZXN個(gè)功率單元，ZXN個(gè)功率單元的三相電源各由移相變 壓器的付邊繞組供給。
本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述功率單元為普通型功率單元或回饋型功率單元。所述ZXN個(gè)功率單元的構(gòu)成和參數(shù) 一致，能互換。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述普通型功率 單元主要由熔斷器、三相橋式整流電路、濾波電容和單相半橋式逆變電路 構(gòu)成。在濾波電容上一般并聯(lián)有限壓放電電路，所述限壓放電電路由功率 開關(guān)和電阻串成，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，限壓放電電路放出電能，如果電容上 電壓過壓，限壓放電電路接通功率開關(guān)放電。功率單元的三相電源上串聯(lián)有三個(gè)熔斷器，起短路保護(hù)作用；又可以代 替隔離開關(guān),需要時(shí)開斷。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述回饋型功率 單元是在普通型功率單元的三相橋式整流電路的六個(gè)整流二極管上皆并 聯(lián)功率開關(guān)，控制能量的回饋。回饋型功率單元無需限壓放電電路。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述單相半橋式 逆變電路包含正負(fù)橋臂各一個(gè)，正、負(fù)橋臂都由功率開關(guān)和續(xù)流二極管串 成，串聯(lián)處是輸出端。正橋臂，功率開關(guān)正端接于電源正極，與二極管的 連接處為功率電源的正輸出端；負(fù)橋臂，功率開關(guān)負(fù)端接于電源負(fù)極，與 二極管連接處為功率單元的負(fù)輸出端。功率單元具有正、負(fù)兩個(gè)輸出端， 正輸出端是正橋臂的輸出端，負(fù)載出端是負(fù)橋臂的輸出端。本發(fā)明所述高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述每相繞組的Z 個(gè)功率單元輸出串聯(lián)，第1個(gè)功率單元的負(fù)輸出端連到第2個(gè)功率單元的正輸出端，依次連接，以第1個(gè)功率單元的正輸出端和Z個(gè)功率單元的負(fù) 輸出端作為總的正、負(fù)輸出端，總的正負(fù)輸出端連接電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的繞組。 本發(fā)明所述高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述每相繞組的Z
個(gè)功率單元的輸出串聯(lián)，第1個(gè)功率單元的正輸出端連到第2個(gè)功率單元 的負(fù)輸出端，依次連接。以第1個(gè)功率的負(fù)輸出端和Z個(gè)功率單元的正輸 出端作為總的負(fù)、正輸出端，總的正負(fù)輸出端連接電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的繞組。本發(fā)明所述高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，對(duì)于無電流回路的 N相繞組互相絕緣、各自驅(qū)動(dòng)的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，各相繞組可增設(shè)一公共 連接點(diǎn)。本發(fā)明所述高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，對(duì)于相數(shù)N為偶數(shù)， 且各相繞組具有一個(gè)公共連接點(diǎn)M的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，Z個(gè)功率單元輸出 串聯(lián)后，接成具有一個(gè)公共連接點(diǎn)Ml的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電路，M和M1點(diǎn)間 浮置或連上導(dǎo)線，驅(qū)動(dòng)電路的N個(gè)輸出正端輪流輸出電流，N個(gè)輸入負(fù)端 輪流輸入電流。此時(shí)所述移相變壓器(Tl)的各付邊繞組相位相差71/ (6Z)本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述移相變壓器 (Tl)共有ZN組付邊繞組，作為ZN個(gè)功率單元的三相電源，各付邊繞組 間可靠絕緣，三相線電壓大小相等，相位均勻地錯(cuò)開2tt/3電角度，每個(gè)付 邊繞組相等的漏感，漏感起交流電抗器的作用。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述移相變壓器 (Tl)的付邊繞組的具體接法不限，可以用星形、三角形、帶異相邊三角形、 帶延長邊三角形中的至少一種，幾種派生出來的接法，又可轉(zhuǎn)向相反地設(shè) 置。原邊繞組采用三角形或星形接法，原付邊繞組間可靠絕緣，變比按需 要選擇。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，所述移相變壓器 (Tl)的ZN組付邊繞組間可靠絕緣,付邊繞組所提供的線電壓大小相等， 相位方面，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)同一相繞組的Z個(gè)付邊繞組相位均勻的錯(cuò)開;r/(3Z)
電角度；驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)N相繞組的N個(gè)付邊繞組相位相同。本發(fā)明所述的移相變壓器體積比較大，可以不包含在系統(tǒng)的控制器中, 而作為系統(tǒng)的直屬部件。移相變壓器一般是只工頻三相變壓器，也可用相 應(yīng)個(gè)數(shù)的獨(dú)立變壓器代替，如3只單相變壓器，Z只三相變壓器等。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，在控制方式方面， 同一相的Z個(gè)功率單元間功率開關(guān)的換向時(shí)間最好稍微錯(cuò)開，所有功率開 關(guān)的斬波控制最好均勻地錯(cuò)開，有助于減小裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾和 噪聲。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，故障時(shí)，關(guān)掉或 斷開部份功率單元，系統(tǒng)降額運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)空載或輕載時(shí)，關(guān)掉或斷開部 分功率單元，系統(tǒng)降壓運(yùn)行。本發(fā)明采用多個(gè)功率單元來聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，但功率單元的負(fù)載是電動(dòng)機(jī)某 一相繞組，通過多個(gè)功率單元直流輸出的直接串聯(lián)，增大加到相繞組上的 電壓。電動(dòng)機(jī)屬高壓大功率電機(jī)，出線的數(shù)目和普通電機(jī)一樣。采用上述 移相供電措施后，本發(fā)明網(wǎng)側(cè)供電電流的波形很好，理論上只存在6Zm-l 次諧波，m為正整數(shù)，有載功率因數(shù)可達(dá)0.95以上,所以無需再加功率因數(shù) 補(bǔ)償及諧波仰制裝置。另外，變壓器付邊繞組的工作獨(dú)立，各功率單元也 相對(duì)獨(dú)立，非?？煽俊Ｕf明書附l:現(xiàn)有4相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置主電路；圖2:現(xiàn)有3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置主電路；圖3:本發(fā)明所用普通型功率單元電路圖；圖4:本發(fā)明4相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置實(shí)施方案(Z = 2);圖5:本發(fā)明3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置實(shí)施方案(Z = 3)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1圖3示為本發(fā)明所用普通型功率單元，主要包括三相橋式整流電路， 濾波電容和單相半橋式逆變電路。圖中虛線示為限壓放電電路,需要時(shí)可以 設(shè)置。單相逆變電路由正橋臂和負(fù)橋臂組成，兩個(gè)橋臂皆用功率開關(guān)和續(xù)流 二極管串成，以兩者的連接處為輸出端。正橋臂，功率開關(guān)的一端接到電 源的正端，輸出端為正。負(fù)橋臂，功率開關(guān)的一端接到電源的負(fù)端，輸出 端為負(fù)。在三相橋式整流電路中，所用的6個(gè)整流二極管上都并聯(lián)有功率開關(guān)， 就構(gòu)成回饋型功率單元，通過功率開關(guān)的關(guān)斷，在電能向三相交流電源回 饋時(shí)，可以進(jìn)行換向控制和斬波控制。圖4示為本發(fā)明Z=2時(shí)4相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置示意圖，每相2個(gè)功 率單元的輸出串聯(lián)， 一共用了 8個(gè)功率單元。串聯(lián)后，功率單元UA1、UC1 的負(fù)輸出端和UB1、 UD1的正輸出端連接成公共點(diǎn)M1。電動(dòng)機(jī)A、 C兩 相繞組上分別接功率單元UA2、 UC2的正輸出端。B、 D兩相繞組上分別 接功率單元UB2、 UC2的負(fù)輸出端。電動(dòng)機(jī)4相繞組也有一個(gè)公共連接點(diǎn)M， Ml與M兩個(gè)連接點(diǎn)間可以 各自浮置，也可以連上導(dǎo)線。連上后，電路上繞組A、 B和繞組B、 D上 所加電壓就不再互相影響。圖中移相變壓器T1的原邊用星形接法，8個(gè)付邊繞組都為帶延長邊的 三角形。供電給電動(dòng)機(jī)同一相繞組串聯(lián)的兩個(gè)功率單元的付邊繞組間，線 電壓相位差"/6電角度，如UA1、 UA2所對(duì)應(yīng)的# 1和# 5。供電給UA1、 UB1、 UC1和UD1的付邊繞組#1、 #2、 #3和#4，
屬于電動(dòng)機(jī)不同相的四個(gè)功率單元，線電壓相位可以相同。為了使網(wǎng)側(cè)供 電電流的波形更好，也可以分組設(shè)置相位UA1和UC1的輸出都為正極， 為一組；UB1和UD1的輸出都為負(fù)極，為另一組。屬于同一組的，線電 壓相位相同，兩組間則相位相差31/12，電角度。#5、 #6、 #7和#8類 似。對(duì)于Z大于2的情況類推，另，相數(shù)N為6等其他偶數(shù)時(shí)，電路也可 以類推。應(yīng)當(dāng)指出，在本發(fā)明斬波前加于電動(dòng)機(jī)相繞組上的電源電壓是三相整 流電源整流輸出的Z倍。即使Z二1時(shí)，也要比圖l示電路大兩倍，這有 助于增加系統(tǒng)的功率。實(shí)施例2本發(fā)明所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，另一種接法適用范圍更廣，相數(shù) 為奇數(shù)或偶數(shù)時(shí)都可用，它的N相繞組本身是相互絕緣的，沒有公共的連 接點(diǎn)，它們都有獨(dú)立的自己的電流回路。電動(dòng)機(jī)出線數(shù)為2N。以3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為例，圖5示為Z-3時(shí)，三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 的本發(fā)明，共用N'Z二9個(gè)功率單元。UA1、 UA2和UA3的輸出串聯(lián)后 驅(qū)動(dòng)A相繞組，UB1、 UB2和UB3的輸出串聯(lián)后驅(qū)動(dòng)B相繞組，UC1、 UC2和UC3的輸出串聯(lián)后驅(qū)動(dòng)C相繞組。在圖5中付邊繞組采用三角形和帶延長邊三角形接法，#1、 #2和# 3供電給A、 B和C三相繞組，付邊繞組的接法相同，線電壓大小和相位 相同。#4、 #5禾卩#6如此，#7、 #8和#9也如此。另一方面，#1、 弁4和f7專門供電給電動(dòng)機(jī)A相繞組的，其線電壓大小仍相等，但線電 壓相位相差^ / (3Z)=兀/9電角度，所以接法不同。#2、 #5和#8 如此，#3、 #6和#9也如此。
圖5所示，裝置各相電路是絕緣的，因此允許繞組上有一點(diǎn)連接起來， 以便于監(jiān)視繞組絕緣，這是與圖2所示系統(tǒng)不同的地方。無論圖4電路或圖5電路方案，由于引入了移相變壓器來多重化供電， 本發(fā)明網(wǎng)側(cè)供電電流的波形相當(dāng)好，諧波分量較小，功率因數(shù)可達(dá)0.95以 上，效率高，可靠。另一方面，本發(fā)明中各功率單元的功率開關(guān)也可多重化控制。換向時(shí)， 同一相所串功率開關(guān)稍微錯(cuò)開，斬波時(shí)導(dǎo)通比相同，但相位均勻錯(cuò)開，這 種多重化開斷，有助于減小電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行噪聲和整個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干 擾。本發(fā)明所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，故障時(shí)，關(guān)掉或 斷開部份功率單元，系統(tǒng)降額運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)空載或輕載時(shí)，關(guān)掉或斷開部 分功率單元，系統(tǒng)降壓運(yùn)行。
權(quán)利要求
1、一種高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其特征是包括N相高電壓大功率開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率單元和移相變壓器(T1)，相應(yīng)于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的每相繞組，設(shè)置Z個(gè)功率單元輸出，直接串聯(lián)；所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置包含Z×N個(gè)功率單元，Z×N個(gè)功率單元的三相電源各由移相變壓器的付邊繞組供給。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其 特征在于，所述功率單元為普通型功率單元或回饋型功率單元，所述普通 型功率單元主要由熔斷器、三相橋式整流電路、濾波電容和單相半橋式逆變電路以及限壓放電電路構(gòu)成；所述回饋型功率單元是在普通型功率單元 的三相橋式整流電路的六個(gè)整流二極管上皆并聯(lián)功率開關(guān)，無需限壓放電
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其特 征在于，所述每相繞組的Z個(gè)功率單元輸出串聯(lián)，第l個(gè)功率單元的負(fù)輸 出端連到第2個(gè)功率單元的正輸出端，依次連接，以第l個(gè)功率單元的正 輸出端和第Z個(gè)功率單元的負(fù)輸出端作為總的正、負(fù)輸出端，總的正負(fù)輸 出端連接電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的繞組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其特征 在于，對(duì)于相數(shù)為奇數(shù)，各相繞組增設(shè)一公共接點(diǎn)M;對(duì)于相數(shù)N為偶數(shù)， 且各相繞組具有一個(gè)公共連接點(diǎn)M的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，Z個(gè)功率單元輸出 串聯(lián)后，接成具有一個(gè)公共連接點(diǎn)Ml的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電路，M和M1點(diǎn)間 浮置或連上導(dǎo)線，驅(qū)動(dòng)電路的N個(gè)輸出正端輪流輸出電流，N個(gè)輸入負(fù)端 輪流輸入電流。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其特 征在于，所述移相變壓器(Tl)，原邊繞組采用三角形或星形接法，付邊 繞組的接法選自星形、三角形、帶異相邊三角形、帶延長邊三角形中的至 少一種，原付邊繞組間可靠絕緣，變比按需要選擇，付邊三相線輸出電壓 大小相等，相位均勻地錯(cuò)開2Ti/3電角度，每個(gè)付邊繞組相等的漏感。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其特 征在于，所述移相變壓器(Tl)的各付邊繞組，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)同一相繞組的 Z個(gè)付邊繞組相位均勻的錯(cuò)開Tl/ (3Z)電角度；驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)N相繞組的N 個(gè)付邊繞組相位相同。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其特 征在于，同一相的Z個(gè)功率單元間功率開關(guān)的換向時(shí)間錯(cuò)開，斬波相位均 勻地錯(cuò)開。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，其特 征在于，故障時(shí)，關(guān)掉或斷開部份功率單元，系統(tǒng)降額運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)空載 或輕載時(shí)，關(guān)掉或斷開部分功率單元，系統(tǒng)降壓運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高電壓大功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置，包括N相高電壓大功率開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率單元和移相變壓器(T1)，相應(yīng)于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的每相繞組，設(shè)置Z個(gè)功率單元輸出，直接串聯(lián)；所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)裝置包含Z×N個(gè)功率單元，Z×N個(gè)功率單元的三相電源各由移相變壓器的付邊繞組供給。本發(fā)明所述的裝置連線少，運(yùn)行可靠，功率提高倍數(shù)大。
文檔編號(hào)H02P6/08GK101399482SQ200710122460
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者裘錦灼, 超 高 申請(qǐng)人:北京中紡銳力機(jī)電有限公司