專利名稱：一種基于ipm的開關(guān)磁阻電機功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明ー種基于IPM的開關(guān)磁阻電機功率變換器涉及電機控制系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是開關(guān)磁阻電機的數(shù)字控制系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著多電飛機和全電飛機技術(shù)的迅速發(fā)展，對飛機電氣系統(tǒng)提出了新的、更高的要求。預(yù)計2015年前后，單臺發(fā)動機提供的電カ將達(dá)到500kW。傳統(tǒng)的發(fā)動機用引氣方式為發(fā)電機提供機械能，這種方式會嚴(yán)重影響發(fā)動機的效率和穩(wěn)定性。在多電飛機中，綜合發(fā)動機系統(tǒng)和起動/發(fā)電系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了多電發(fā)動機，多電發(fā)動機除提供飛機飛行所需的推力外，還為飛機的用電系統(tǒng)提供電カ。因此，大功率起動/發(fā)電技術(shù)是實現(xiàn)多電發(fā)動機的一項關(guān)鍵技木。開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)簡單、容錯性好、適合高轉(zhuǎn)速運行、適應(yīng)惡劣エ作環(huán)境，并且可以方便地實現(xiàn)起動和發(fā)電雙功能，這些特點決定了開關(guān)磁阻起動/發(fā)電機 系統(tǒng)在多電發(fā)動機中的適用性，因此，它在270V航空高壓直流起動/發(fā)電機系統(tǒng)中占有重要地位。傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機功率變換器設(shè)計時廣泛采用IGBT單管和續(xù)流ニ極管相結(jié)合的方式，需要針對每個IGBT管單獨設(shè)計驅(qū)動和保護電路，由于一般開關(guān)磁阻電機相數(shù)較多，這無疑會加大驅(qū)動和保護電路部分的復(fù)雜性，降低了電路的可靠性。當(dāng)各IGBT管驅(qū)動電路布線不當(dāng)時，它們之間的相互干擾會影響電路的性能，嚴(yán)重時將使得電機無法正常工作。此夕卜，大功率開關(guān)磁阻電機功率變換器設(shè)計時常面臨IGBT管和續(xù)流ニ極管規(guī)格難以匹配選擇的難題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種能提高功率變換器可靠性，同時能降低電路復(fù)雜性，解決大功率時IGBT管和續(xù)流ニ極管匹配選擇難題的8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器設(shè)計方案。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為，一種基于IPM的開關(guān)磁阻電機功率變換器，其由智能功率模塊ー I，智能功率模塊ニ 2，智能功率模塊三3，驅(qū)動電路板ー 4，驅(qū)動電路板ニ 5，驅(qū)動電路板三6，O. 01 Ω /400W功率電阻7，A相繞組8，B相繞組9，C相繞組10，D相繞組11，銅條ー 12，銅條ニ 13組成，將智能功率模塊ー 1，智能功率模塊ニ 2，智能功率模塊三3按插針位置同側(cè)依次水平間隔f 2cm對齊擺放，將驅(qū)動電路板一 4通過其接插件與智能功率模塊ー I的插針端相連，將驅(qū)動電路板ニ 5通過其接插件與智能功率模塊ニ 2的插針端相連，將驅(qū)動電路板三6通過其接插件與智能功率模塊三3的插針端相連，用銅條ー 12、銅條ニ 13將智能功率模塊ー 1，智能功率模塊ニ 2，智能功率模塊三3的電源正端和電源負(fù)端分別相連，將O. 01 Ω/40(Μ功率電阻7兩端通過導(dǎo)線分別連接于智能功率模塊三3的電源正端和接線端子九W3，將智能功率模塊ー I的接線端子一 Ul、接線端子ニ Vl和A相繞組8兩端相連，將智能功率模塊ー I的接線端子三W1、智能功率模塊ニ 2的接線端子四U2和B相繞組9兩端相連，將智能功率模塊ニ 2的接線端子五V2、接線端子六W2和C相繞組10兩端相連，將智能功率模塊三3的接線端子七U3、接線端子八V3和D相繞組11兩端相連。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果本發(fā)明是一種基于IPM的開關(guān)磁阻電機功率變換器的設(shè)計。IPM內(nèi)含柵極驅(qū)動、短路保護、過流保護、過熱保護和欠壓鎖定等功能，它在開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)中使用后，降低了開關(guān)磁阻電機驅(qū)動電路設(shè)計的難度，同時大大提高了系統(tǒng)的可靠性；此外，應(yīng)用IPM也解決了大功率開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)設(shè)計時IGBT管和續(xù)流ニ極管難以匹配選擇的難題。

圖I是8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器拓?fù)鋱D，Us :勵磁電壓，8 A相繞組，9 B相繞組，10 C相繞組，11 D相繞組；圖2是基于六単元IPM的8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器設(shè)計圖，I :智能功率模塊一，2 :智能功率模塊ニ，3 :智能功率模塊三，4 :驅(qū)動電路板一，5 :驅(qū)動電路板ニ，6 :驅(qū)動電路板三，7 :功率電阻，8 :A相繞組，9 :B相繞組，10 :C相繞組，11 :D相繞組，12 :銅條一，13 :銅條_.；圖3是基于六単元IPM的8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器設(shè)計流程具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明，設(shè)計基于IPM的8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器。本發(fā)明的工作原理為將智能功率模塊ー I的接線端子一 U1、接線端子三Wl所在橋臂的上管用作IGBT管、下管常關(guān)斷作續(xù)流ニ極管用，將智能功率模塊ー I的接線端子ニVl所在橋臂的下管用作IGBT管、上管常關(guān)斷作續(xù)流ニ極管用，將智能功率模塊ニ 2的接線端子四U2、接線端子六W2所在橋臂的下管用作IGBT管、上管常關(guān)斷作續(xù)流ニ極管用，將智能功率模塊ニ 2的接線端子五V2所在橋臂的上管用作IGBT管、下管常關(guān)斷作續(xù)流ニ極管用，將智能功率模塊三3的接線端子七U3所在橋臂的上管用作IGBT管、下管常關(guān)斷作續(xù)流ニ極管用，將智能功率模塊三3的接線端子八V3、接線端子九W3所在橋臂的下管用作IGBT管、上管常關(guān)斷作續(xù)流ニ極管用，當(dāng)母線電流或母線電壓過大時，智能功率模塊三3的接線端子九W3所在橋臂的下管導(dǎo)通形成快速泄放回路，保護電路安全工作。該種基于IPM的開關(guān)磁阻電機功率變換器由智能功率模塊ー 1，智能功率模塊ニ2，智能功率模塊三3，驅(qū)動電路板一 4，驅(qū)動電路板ニ 5，驅(qū)動電路板三6，O. 01 Ω /400W功率電阻7，A相繞組8，B相繞組9，C相繞組10，D相繞組11，銅條ー 12，銅條ニ 13組成。圖I是8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器拓?fù)潆娐穲D，當(dāng)一相繞組上、下兩IGBT管均導(dǎo)通時，該相繞組導(dǎo)通，當(dāng)該相繞組上、下兩IGBT管均關(guān)閉吋，電流通過續(xù)流ニ極管續(xù)流；圖2是基于六単元IPM的8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器。具體操作步驟如下I.將智能功率模塊ー 1，智能功率模塊ニ 2，智能功率模塊三3按插針位置同側(cè)依次水平間隔f 2cm對齊擺放；[0015]2.將驅(qū)動電路板一 4通過其接插件與智能功率模塊ー I的插針端相連，將驅(qū)動電路板ニ 5通過其接插件與智能功率模塊ニ 2的插針端相連，將驅(qū)動電路板三6通過其接插件與智能功率模塊三3的插針端相連；3.用銅條ー 12、銅條ニ 13將智能功率模塊ー 1，智能功率模塊ニ 2，智能功率模塊三3的電源正端和電源負(fù)端分別相連；4.將0.01 Ω/40(Μ功率電阻7兩端通過導(dǎo)線分別連接于智能功率模塊三3的電源正端和接線端子九W3 ；5.將智能功率模塊ー I的接線端子一 U1、接線端子ニ Vl和A相繞組8兩端相連，將智能功率模塊ー I的接線端子三Wl、智能功率模塊ニ 2的接線端子四U2和B相繞組9兩端相連，將智能功率模塊ニ 2的接線端子五V2、接線端子六W2和C相繞組10兩端相連，將 智能功率模塊三3的接線端子七U3、接線端子八V3和D相繞組11兩端相連。實施例對于8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機，其基于IPM的功率變換器設(shè)計流程圖如圖3所示。I.選用三塊六單元富士 IPM模塊6MBP200RA060，將其按插針位置同側(cè)依次水平間隔2cm對齊擺放；2.將驅(qū)動電路板一 4通過接插件與智能功率模塊ー I的插針端相連，將驅(qū)動電路板ニ 5通過接插件與智能功率模塊ニ 2的插針端相連，將驅(qū)動電路板三6通過接插件與智能功率模塊三3的插針端相連；3.制作454mmX12mmXlmm的銅條ー 12、銅條ニ 13，將智能功率模塊ー 1，智能功率模塊ニ 2，智能功率模塊三3的電源正端和電源負(fù)端分別相連；4.將O. 01 Ω /400W功率電阻7兩端通過導(dǎo)線分別連接于智能功率模塊三3的電源正端和接線端子九W3 ；5.將智能功率模塊ー I的接線端子一 U1、接線端子ニ Vl和A相繞組8兩端相連，將智能功率模塊ー I的接線端子三Wl、智能功率模塊ニ 2的接線端子四U2和B相繞組9兩端相連，將智能功率模塊ニ 2的接線端子五V2、接線端子六W2和C相繞組10兩端相連，將智能功率模塊三3的接線端子七U3、接線端子八V3和D相繞組11兩端相連。該8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機功率變換器采用了富士公司的IPM模塊6MBP200RA060，內(nèi)含柵極驅(qū)動、短路保護、過流保護、過熱保護和欠壓鎖定等功能，它在開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)中使用后，降低了開關(guān)磁阻電機驅(qū)動電路設(shè)計的難度，同時大大提高了系統(tǒng)的可靠性；此外，應(yīng)用IPM也解決了大功率開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)設(shè)計時IGBT管和續(xù)流ニ極管難以匹配選擇的難題。
權(quán)利要求1. 一種基于IPM的開關(guān)磁阻電機功率變換器，其特征在于，該基于IPM的開關(guān)磁阻電機功率變換器由智能功率模塊一 [I]，智能功率模塊二 [2]，智能功率模塊三[3]，驅(qū)動電路板一 [4]，驅(qū)動電路板二 [5]，驅(qū)動電路板三[6]，0. 01Ω/40(Μ功率電阻[7]，Α相繞組[8]，B相繞組[9]，C相繞組[10]，D相繞組[11]，銅條一 [12]，銅條二 [13]組成，將智能功率模塊一 [I]，智能功率模塊二 [2]，智能功率模塊三[3]按插針位置同側(cè)依次水平間隔f2cm對齊擺放，將驅(qū)動電路板一 [4]通過其接插件與智能功率模塊一 [I]的插針端相連，將驅(qū)動電路板二 [5]通過其接插件與智能功率模塊二 [2]的插針端相連，將驅(qū)動電路板三[6]通過其接插件與智能功率模塊三[3]的插針端相連，用銅條一 [12]、銅條二 [13]將智能功率模塊一 [I]，智能功率模塊二 [2]，智能功率模塊三[3]的電源正端和電源負(fù)端分別相連，將0.01Ω/40(Μ功率電阻[7]兩端通過導(dǎo)線分別連接于智能功率模塊三[3]的電源正端和接線端子九W3，將智能功率模塊一 [I]的接線端子一 U1、接線端子二 Vl和A相繞組[8]兩端相連，將智能功率模塊一 [I]的接線端子三W1、智能功率模塊二 [2]的接線端子四U2和B相繞組[9]兩端相連，將智能功率模塊二 [2]的接線端子五V2、接線端子六W2和C相繞組[10]兩端相連，將智能功率模塊三[3]的接線端子七U3、接線端子八V3和D相繞組[11]兩端相連。
專利摘要本實用新型一種基于IPM的開關(guān)磁阻電機功率變換器涉及電機控制系統(tǒng)領(lǐng)域。本實用新型采取的方案為利用智能功率模塊(IPM)中每一IGBT單管均反并聯(lián)一相同規(guī)格參數(shù)的二極管這一特點，通過設(shè)計使得IPM同一橋臂上、下兩管分別用作IGBT管和續(xù)流二極管，通過將電機繞組跨接于兩橋臂之間的方式設(shè)計出8/6極四相不對稱半橋式開關(guān)磁阻電機的功率變換器，該功率變換器同時具有母線過流、過壓時快速泄放電路功能。本實用新型大大提高了開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)工作的可靠性；同時，應(yīng)用IPM也解決了大功率開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)設(shè)計時IGBT管和續(xù)流二極管難以匹配選擇的難題。
文檔編號H02M1/088GK202634346SQ20122028581
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者劉瑾, 江曼, 陳衛(wèi)東, 劉元度, 劉林 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所