本發(fā)明涉及開關磁阻電機領域，尤其涉及一種開關磁阻電機的控制電路。

背景技術：

開關磁阻電機以其結構簡單，運行可靠；維護方便，工作效率高；啟動電流小，啟動轉矩大等特點得到越來越廣泛的應用。由于開關磁阻電機遵循磁阻最小原理，即磁通總是要沿著磁阻最小路徑閉合，利用磁引力拉動轉子旋轉。其旋轉方向和繞組所通的電流的方向無關，僅與繞組導通順序有關。從而，開關磁阻電機的控制器只需提供單極性電源就能保證開關磁阻電機的正常工作，控制電路也是依據(jù)這一要求進行設計。

已有的用于開關磁阻電機的控制電路主要包括雙開關式、雙繞組式、電容分壓式、公共開關式、H橋式等等。由于開關磁阻電機中的續(xù)流回路多由電機的線圈繞組、開關管和二極管構成，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問題是開關磁阻電機在換相過程中換相時間較長，換出相電流的拖尾時間較長，由于換出相的拖尾電流而產生的阻轉矩在一定程度上抵消勵磁轉矩，削弱開關磁阻電機的帶載能力，從而造成了電能的浪費，運行效率低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，提出一種結構簡單、器件少、低成本的開關磁阻電機的控制電路，以期能在開關磁阻電機換相過程中，縮短換相時間，減小換出相拖尾電流引起的阻轉矩，提高帶載能力，從而實現(xiàn)開關磁阻電機的高效控制。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

本發(fā)明一種開關磁阻電機的控制電路的特點包括：

直流電源E1，用于向電機提供能量；

直流電容C1，用于穩(wěn)定直流側電壓；

開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4、開關管S5、開關管S6，用于控制開關磁阻電機各相電流的通斷；

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

直流電容C2、開關管S7和電阻R4用于構成放電支路；

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管S1、開關管S2、開關管S3的C極連接；所述直流電容C1的負極分別與所述二極管D1、二極管D2、二極管D3的陽極相連；所述開關管S1、開關管S2、開關管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磁阻電機的一側相連；

所述開關磁阻電機的另一側分別與所述二極管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管S4、開關管S5、開關管S6的C極相連；所述開關管S4、開關管S5、開關管S6的E極分別與所述直流電容C2的負極相連；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)明所述的開關磁阻電機的控制電路的特點也在于：

在開關磁阻電機換相過程中對所述直流電容C2進行充電，完成續(xù)流過程。

當所述直流電容C2的電壓高于設定的過壓保護值時，控制開關管S7導通，直流電容C2儲存的能量通過直流電容C2、電阻R4和開關管S7構成的放電支路進行釋放；當直流電容C2的電壓低于設定的過壓保護值時，控制開關管S7關斷，直流電容C2中所儲存的能量隨著開關磁阻電機換相過程的不斷累積，直到直流電容C2的電壓再次達到過壓保護值為止。

當所述開關磁阻電機應用于中、大功率的場合時，所述開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4、開關管S5、開關管S6采用IGBT；當所述開關磁阻電機應用于小功率的場合時，所述開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4、開關管S5、開關管S6采用MOSFET。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明在開關磁阻電機的換相過程中，通過對直流電容C2進行充電大幅縮短換了相時間，減小了換出相拖尾電流引起的阻轉矩，提高開了關磁阻電機的帶載能力，從而實現(xiàn)了開關磁阻電機的高效控制。

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、開關管S7、電阻R4組成的放電支路進行釋放，從而實現(xiàn)了對直流電容C2的過壓保護。

3、本發(fā)明根據(jù)開關磁阻電機應用場合的功率等級對開關管進行選擇，電路簡單，器件少，控制電路成本低，適用性廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明開關磁阻電機的控制電路圖；

圖2a是本發(fā)明開關磁阻電機A相繞組工作時，開關管S1導通時電流的流通路徑圖；

圖2b是本發(fā)明開關磁阻電機A相繞組工作時，開關管S1關斷時電流的流通路徑圖；

圖3是本發(fā)明開關磁阻電機由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)明開關磁阻電機B相繞組工作時，開關管S2導通時電流的流通路徑圖；

圖4b是本發(fā)明開關磁阻電機B相繞組工作時，開關管S2關斷時電流的流通路徑圖；

圖5是本發(fā)明的實驗驗證圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例中的開關磁阻電機的控制電路包括：

直流電源E1，用于向電機提供能量；

直流電容C1，用于穩(wěn)定直流側電壓；

開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4、開關管S5、開關管S6，用于控制開關磁阻電機各相電流的通斷；

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

直流電容C2、開關管S7和電阻R4用于構成放電支路。

如圖1所示，直流電源E1與直流電容C1并聯(lián)，直流電容C1的正極分別與開關管S1、開關管S2、開關管S3的C極連接；直流電容C1的負極分別二極管D1、二極管D2、二極管D3的陽極相連；開關管S1、開關管S2、開關管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的陰極分別與開關磁阻電機的一側相連；

開關磁阻電機的另一側分別與二極管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的陽極依次與開關管S4、開關管S5、開關管S6的C極相連；開關管S4、開關管S5、開關管S6的E極分別與直流電容C2的負極相連；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、開關管S7和電阻R4構成放電支路。

具體實施中，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)電機的負載電流進行選擇，一般為2000-3000uf。直流電容C2的耐壓值根據(jù)直流側電壓確定，一般為直流側電壓的5-6倍。直流電容C2確定之后，根據(jù)所需的放電時間確定電阻R4的阻值和功率。

開關磁阻電機在換相過程中，通過對直流電容C2進行充電，完成續(xù)流過程，從而減小了換相時間和換出相電流的拖尾時間，在一定程度上減小了由換出相的拖尾電流帶來的阻轉矩；

具體實施中，開關管S4、開關管S5、開關管S6為常通管，通過外部驅動電路輸出控制信號調制開關管S1、開關管S2、開關管S3，使開關磁阻電機的三相繞組輪流導通，每相繞組的導通時間均為120度。

當所述直流電容C2的電壓高于設定的過壓保護值時，控制開關管S7導通，直流電容C2儲存的能量通過直流電容C2、電阻R4和開關管S7構成的放電支路進行釋放，從而使直流電容C2的電壓逐漸下降到過壓保護值以下；當直流電容C2的電壓低于設定的過壓保護值時，控制開關管S7關斷，直流電容C2中所儲存的能量隨著開關磁阻電機換相過程的不斷延續(xù)而累積，直到直流電容C2的電壓再次達到過壓保護值為止；

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

具體實施中，當開關磁阻電機應用于中、大功率的場合時，輸出功率為kW級以上，開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4、開關管S5、開關管S6采用IGBT；當開關磁阻電機應用于小功率的場合時，輸出功率為kW級以下，開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4、開關管S5、開關管S6采用MOSFET。

實施例：

本實施例如圖2a、圖2b、圖3、圖4a、圖4b所示，為開關磁阻電機從A相繞組導通換相到B相繞組導通的情況，實線部分表示開關磁阻電機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，開關管S1為調制管，開關管S4為常通管，開關管S2、開關管S3、開關管S5、開關管S6均關斷。如圖2a所示，當開關管S1導通時，直流電源E1通過開關管S1、開關管S4給A相繞組供電，A相繞組有電流流過；如圖2b所示，當開關管S1關斷時，A相繞組通過二極管D1、開關管S4進行續(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，通過外部驅動電路輸出控制信號關斷開關管S1-開關管S6，開關磁阻電機A相繞組通過二極管D1，二極管D4和直流電容C2進行續(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，換相過程結束，B相繞組工作。如圖4a和圖4b所示，開關管S2為調制管，開關管S5為常通管，開關管S1、開關管S3、開關管S4、開關管S6均關斷。如圖4a所示，當開關管S2導通時，直流電源E1通過開關管S2、開關管S5給B相繞組供電，B相繞組有電流流過；如圖4b所示，當開關管S2關斷時，B相繞組通過二極管D2、開關管S5進行續(xù)流；

具體實施中，實時采樣獲得的直流電容C2上的電壓，并與設定過壓保護值進行比較，若直流電容C2上的電壓高于設定過壓保護值，控制開關管S7導通，使直流電容C2上累積的能量通過電阻R4進行釋放；若直流電容C2上的電壓低于設定過壓保護值，則控制開關管S7關斷，使直流電容C2的放電支路斷開。

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

為了驗證本發(fā)明的正確性和實用性，在本發(fā)明的基礎上進行了開關磁阻電機的實驗驗證，得到以下實驗結果：

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