不对称三电平中点钳位型功率变换器相电流重构方法

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机相电流检测领域，具体涉及到一种不对称三电平中点钳位型功率变换器相电流重构方法，该方法采用两个电流传感器检测三相电流，有效降低了传感器冗余度，实现了降低系统成本和减小控制系统体积的目标，并将该方法推广至N相开关磁阻电机电流检测。

背景技术

随着稀上资源持续消耗和环境保护力度不断加大，稀上永磁体价格也大幅上涨。为避免工业发展受到稀上永磁体价格上涨的影响，无稀上电机受到了广泛关注。作为无稀上电机的典型代表，开关磁阻电机成为了许多高校及科研机构的研究重点。为了进一步提高开关磁阻电机系统的竞争力，围绕开关磁阻电机系统功率变换器展开研究也成为当前开关磁阻电机系统研究的热点。

为了实现开关磁阻电机系统精确控制和提高保护的可靠性，准确的电流信息是必不可少的。传统的相电流检测方式为每相电流通过一个霍尔电流传感器和采样调理电路单独检测，此检测方式可以获得准确的电流信息，并可保证系统控制和电流保护策略的执行。然而，传统检测方式提高了系统的成本和复杂程度，且由于器件冗余降低了系统的可靠性，限制了系统在高压大功率场合的应用。

随着现代工业技术的不断发展，对于系统体积和相电流检测结果的准确性同时提出了要求。因此，优化开关磁阻电机系统的相电流检测方式对于降低系统成本和体积、提高系统的可靠性和拓宽系统的应用范围具有重要意义。不对称三电平中点钳位型功率变换器有利于提高系统在高压大功率场合的竞争力，却增加了功率管的使用数量，不可避免的提高了系统的复杂程度，限制了系统在高压大功率场合的应用。

发明内容

针对现有的问题和改进需求，本发明提出了一种开关磁阻电机容错功率变换器的设计方法。

对于所提出的一种不对称三电平中点钳位型功率变换器相电流重构方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：

对三相12/8开关磁阻电机系统的相电流特性进行分析，将三相电流分为存在和不存在重叠区域两种情况。分析传感器电流和相电流之间的关系式，得到两个传感器构造三相电流的条件。最终通过开关状态和传感器电流大小判断所在区间，解耦得到实际的三相电流和传感器电流之间的关系式

其中，a

根据开关磁阻电机任意时刻最多存在两相电流的工作特性，该相电流重构方法可拓展至N相开关磁阻电机电流检测

本发明在于，该功率变换器为不对称三电平中点钳位型功率变换器减小了系统的复杂度，提高了该系统在高压大功率场合的竞争力，并拓展到了N相开关磁阻电机。

附图说明

图1是本发明通过三相绕组的电流传感器摆放位置和绕组缠绕方式示意图。

图2是本发明提出的三相绕组的相电流重构流程图。

图3是本发明通过两相绕组的电流传感器摆放位置和绕组缠绕方式示意图。

图4是本发明提出的两相绕组的相电流重构流程图。

图5是本发明对四相电机拓展后的电流传感器摆放位置和绕组缠绕方式示意图。

具体实施方式

图1给出一种两个电流传感器都通过三相绕组的检测方式。其中，L

分析相电流不同区域时传感器电流与相电流之间的关系，若相电流不存在重叠区域时，任意时刻只存在单相电流，则可以通过表达式(1)得到各相电流单独存在时的传感器电流与相电流关系，据表1可根据传感器电流得到该相电流的值，完成传感器通过三相绕组的相电流重构。

首先，通过比较两个传感器电流值的大小可确定所在区间。当处于开通区间时，可直接由位置信号判断导通相；若处于关断区间但相电流没有减小到0时，三相位置信号都为0，无法确定所在区间。因此，相电流不存在重叠区域时采用比较传感器电流的方式确定所在区间，若传感器电流i

表1不存在重叠区域区域时传感器电流与各相电流关系

当相电流存在重叠区域时，任意时刻存在单相或两相电流，故相电流也可由传感器电流求出，表2给出了不同区间传感器电流和相电流之间关系。在AII，BII和CII区间只存在单相电流，可按照上述相电流不存在重叠区域的方式来计算相电流，即根据传感器电流关系直接确定存在的相电流，然后查表得到相电流数值。在AI,BI和CI区间存在两相电流，则首先要根据转子位置信号确定所在区间，然后根据传感器电流查表得到相电流数值。对应流程图如图2所示。

表2存在重叠区域时传感器电流与各相电流关系

图3给出一种两个电流传感器都通过两相绕组的检测方式，其中L

表达式(2)满足三相电流通过传感器、各传感器都通过两相电流且系数不成比例，故此方法可以构造任意时刻三相电流，下面对相电流重构过程进行分析。

首先，根据表达式建立各区间相电流与传感器电流之间关系，如表3所示。其次，若相电流不存在重叠区域，则通过比较两个传感器电流可以获取转子所在区间，即确定存在的相电流。若传感器电流i

表3不存在重叠区域时传感器电流与各相电流关系

若相电流存在重叠区域，则任意时刻可能存在一相或两相电流，首先根据表达式建立传感器电流和相电流关系，如表4所示。AII,BII和CII区间只存在单相电流，可按不存在重叠区域的情况构造相电流，AI,BI和CI区间存在两相电流，则首先需要通过转子位置信号判断所在区间，然后查表得到相电流数值。由上述分析可知，对于此电流检测方式也可给出统一的电流重构方法。

表4存在重叠区域时传感器电流与各相电流关系

对于四相开关磁阻电机，为了避免在电感下降区产生较大负转矩影响电机性能，同一时刻最多存在两相电流，则A相和C相电流不可能同时存在，B相和D相电流不会同时存在。图5给出一种两个电流传感器都通过三相绕组的检测方式，传感器电流和绕组相电流关系可以表示为：

分析相电流不同区域时传感器电流与相电流之间的关系，根据式(3)得到不存在和存在重叠区域时各个区间传感器电流和相电流之间的关系，分别如表5和表6所示。

表5不存在重叠区域时传感器电流与各相电流关系

与三相开关磁阻电机系统相电流重构过程类似，相电流不存在重叠区域或存在重叠区域但位于区间AII,BII,CII或DII时只存在单相电流，故可直接通过分析传感器电流值确定存在的相电流，进而查表3-5得到相电流的值；相电流存在重叠区域且位于区间AI,BI,CI或DI时同时存在两相电流，无法通过分析传感器电流值的大小确定转子所在区间，则首先根据转子位置信号判断转子所在区间，通过表6查表可得相电流值。

表6存在重叠区域时传感器电流与相电流关系